Le nombre important de sites contaminés au Québec (Canada) et partout dans le monde est une problématique de santé publique majeure en raison des risques toxicologiques qu’ils présentent pour la santé humaine et environnementale. Dans la municipalité de Varennes (Québec, Canada), située sur la rive sud de l'Île de Montréal, les activités d’une ancienne usine pétrochimique (Pétromont Inc.) ont conduit à l’accumulation de concentrations modérées à élevées d’éléments traces métalliques (ETMs), de biphényles polychlorés (BPCs), d’hydrocarbures pétroliers aliphatiques (C10-C50) et d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sur les terrains de la compagnie. En 2010, une culture intensive de saule sur courtes rotations (CICR) a été établie sur le site, afin d’y conduire une expérience de phytoremédiation à grande échelle. Bien que cette plantation de Salix miyabeana ait été implantée dans une optique d'assainissement, aucun effet significatif n'a été signalé sur la concentration des contaminants du sol au cours des premières années de croissance. Les processus d'assainissement basés sur l’utilisation de végétaux peuvent être difficiles à prévoir en milieux naturels et nécessitent des améliorations afin d'en augmenter leur efficacité. La fertilisation des sols avec des amendements organiques, ainsi que la manipulation du microbiome végétal, sont deux techniques agronomiques couramment utilisées pour la gestion des cultures traditionnelles, afin d’augmenter la production de biomasse et améliorer la santé générale des végétaux. Ces approches peuvent également influencer la mobilité et la biodisponibilité de certains composés du sol. Puisque de telles modifications sont connues pour avoir le potentiel d’améliorer considérablement l’efficacité des végétaux à éliminer ou à transformer certains contaminants du sol, ces deux techniques agronomiques présentent un intérêt grandissant dans le domaine de la phytoremédiation. Cette recherche doctorale vise donc à améliorer les connaissances scientifiques dans le domaine de la phytoremédiation appliquée à grande échelle en abordant certains aspects qui touchent à ces deux approches agronomiques. En utilisant la plantation de saules déjà établie, une première étude a été réalisée afin d’évaluer l’impact d’un amendement de sol organique sur l’efficacité phytoremédiatrice des deux cultivars de saules (‘SX61’ et ‘SX64’). À l’intérieur de cette plantation, le sol de certaines parcelles expérimentales a été recouvert de bois raméal fragmenté (BRF) de saules, combiné, ou non, avec du substrat de champignons épuisé (SCE) de Pleurotus ostreatus. Après trois saisons de croissance, les résultats ont montré que l’ajout de SCE au BRF n’avait eu aucun effet sur la croissance des saules, ainsi que sur leur efficacité à extraire ou à réduire la concentration des contaminants présents sur le site. Les résultats suggèrent néanmoins que le BRF contribue à immobiliser certains HAPs dans le sol, en plus d’augmenter l’efficacité des saules à phytoextraire le Zn. La présence de saules semble avoir réduit de façon significative l’atténuation naturelle des C10-C50 sur le site. De plus, les concentrations de BPCs, de Cd, de Ni et de dix HAPs, ont montré des oscillations saisonnières, ce qui suggère que l’évapotranspiration qui a lieu à l’intérieur de la plantation de saules provoque un important flux d'eau et de contaminants solubles en direction des racines. Ainsi, la concentration de certains contaminants pourrait avoir tendance à augmenter à l’intérieur d’une dense plantation de saules au fil du temps. Une deuxième étude a été réalisée à l’intérieur de cette même plantation, afin de vérifier si les augmentations de concentration observées précédemment pouvaient être liées à l’évapotranspiration qui a lieu à l’intérieur d’une plantation de saules. Dans l’optique d’éliminer l’effet de transpiration, des coupes de saules ont été effectuées dans certaines parcelles de la plantation, puis les concentrations des contaminants organiques et inorganiques ont été suivies au fil du temps (24 mois), et comparées avec celles observées dans les parcelles non coupées. Les résultats obtenus ont montré que l'élimination des saules avait bel et bien limité l'accumulation de certains contaminants à la surface du sol, tels qu’observé dans les parcelles non coupées. Ces résultats suggèrent donc encore une fois que la culture intensive de saules à courte rotation peut entrainer une migration de certains contaminants en direction des racines et ainsi augmenter leurs concentrations à la surface du sol près des zones racinaires. Très peu d’études ont rapporté des résultats qui semblent contredire les multiples avantages de purification qui sont habituellement mis de l’avant en phytoremédiation. Toutefois, de tels effets sur la mobilisation des contaminants pourraient être pertinents et souhaitables dans un contexte de gestion du risque. La troisième et dernière étude présentée dans cette thèse explore la diversité des communautés microbiennes associées aux racines des deux cultivars de saules établis sur le site expérimental depuis plusieurs années (six années). Des études antérieures ont permis d’en apprendre davantage sur la composition du microbiome racinaire et rhizosphérique du saule poussant en milieux contaminés, mais la plupart de celles-ci ont été menées sur des individus relativement jeunes. Par conséquent, peu d’information existe concernant les associations microbiennes des individus plus âgés qui ont été établis en milieux contaminés. La caractérisation des communautés fongiques, bactériennes et archéennes a permis de montrer des différences de composition entre les deux cultivars de saules, ainsi qu’entre leurs compartiments (i.e. racines et rhizosphère). Certains groupes taxonomiques, appartenant à chacun des trois domaines, se sont démarqués, de par leur abondance, ou par leurs fonctions écologiques déjà connues et potentiellement bénéfiques pour la survie des végétaux, ou pour augmenter la dégradation et l'extraction de divers contaminants. Cette étude fournit donc de précieuses informations qui pourront servir à l’amélioration de certaines approches d'ingénierie du microbiome favorisant l'établissement, la survie, la croissance et les performances d’assainissement de Salix spp. établis en milieux contaminés. L’ensemble des résultats présentés dans cette thèse ont permis d’alimenter différentes réflexions sur l’intérêt d’utiliser certains amendements organiques et de caractériser le microbiome racinaire et rhizosphérique des saules afin d’améliorer les pratiques et la mise en oeuvre de la phytoremédiation par des saules. Cette thèse met également en lumière un phénomène de migration des contaminants, influencé par la présence de plantes à croissance rapide, qui représente un obstacle pour l’évaluation des performances d’assainissement par des approches de phytoremédiation notamment par des saules. / The large number of contaminated sites in Quebec (Canada) and all around the world is a major public problem because of the toxicological risks they present for human and environmental health. In the municipality of Varennes (Quebec, Canada), located on the south shore of the Island of Montreal, the activities of a former petrochemical plant (Pétromont Inc.) have led to the accumulation of moderate to high concentrations of traces elements (TEs), polychlorinated biphenyls (PCBs), aliphatic petroleum hydrocarbons (C10-C50) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) on the land. In 2010, a short rotation intensive culture (SRIC) of willow has been established on the site, in order to conduct a field-scale phytoremediation experiment. Although this plantation of Salix miyabeana was established with a remediation view, no significant effect was reported on the concentration of soil contaminants during the first years of growth. Plant-based remediation processes can be difficult to predict in the fiel and require improvement in order to increase their effectiveness. Fertilization with organic amendments, as well as manipulating the plant microbiome, are two agronomic techniques commonly employed in traditional crop management, in order to increase biomass production and improve overall plant health. These approaches can also influence the mobility and bioavailability of some compounds in the soil. Since such modifications are known to have the potential to significantly improve the efficiency of plants in removing or transforming soil contaminants, these two agronomic techniques are of growing interest in the field of phytoremediation. This doctoral research aims to improve scientific knowledge in the field-scale phytoremediation application by addressing some aspects that affect these two agronomic approaches. Inside the already established willow plantation, a first study was carried out to assess the impact of soil organic amendment on the phytoremediation efficacy of the two willow cultivars (‘SX61’ and ‘SX64’). The soil of some experimental plots was covered with ramial chipped wood (RCW) combined or not with spent mushroom substrate (SMS) of Pleurotus ostreatus. After three growing seasons, the results showed that the addition of SMS to the RCW had no effect on the growth of the willows, as well as on their effectiveness in removing or reducing the concentration of contaminants on the site. The results nevertheless suggest that RCW helps immobilize some PAHs in the soil, in addition to increasing the efficiency of willows to phytoextract Zn. The presence of willows appears to have significantly reduced the natural attenuation of C10-C50 on the site. In addition, the concentrations of PCBs, Cd, Ni and ten PAHs, showed seasonal oscillations, which suggests that the evapotranspiration inside the willow plantation mobilized some contaminants towards the rooting zones. Thus, the concentration of certain contaminants may tend to increase within a dense willow plantation over time. A second study was carried out inside the same plantation, in order to verify if the increases in concentration observed previously could be linked to the evapotranspiration that takes place inside a willow plantation. In order to eradicate the effect of plant transpiration, willows were harvested in certain plots of the plantation. The concentrations of organic and inorganic contaminants were followed over time (24 months) and compared with those observed in the unharvested plots. The results obtained showed that the removal of the willows limited the accumulation of certain contaminants on the soil surface, as observed in the uncut plots. These results suggested once again that the short rotation intensive culture of willows can lead to the migration of certain contaminants towards the roots and thus increase their concentrations on the soil surface near the root zones. Very few studies have reported results that seem to contradict the multiple purification benefits that are usually put forward in phytoremediation. However, such effects on contaminant mobilization could be relevant and suitable in a risk management context. The third and final study presented in this thesis explores the microbial communities associated with the roots of the two willow cultivars established on the experimental site for several years (six years). Root and rhizosphere microbial communities of Salix spp. have been studied in contaminated environments, but most of studies have been carried out on relatively young hosts. Therefore, little information exists regarding the microbial communities associated with older willows established in contaminated environments. The characterization of fungal, bacterial and Archean communities has shown differences in composition between the two willow cultivars, as well as between their compartments (i.e., roots and rhizosphere). Some taxonomic groups, belonging to each of the three domains, caught our attention, either by their abundance, or by their ecological functions already known to be potentially beneficial for the plant survival, or for increasing the degradation and extraction of various contaminants. This study therefore provides valuable information that can be used to improve certain microbiome engineering approaches that promote the establishment, survival, growth and phytoremediation performance of Salix spp. in contaminated environments. All the results presented in this thesis have fueled various reflections on the interest of using soil organic amendments and characterizing the root and rhizosphere microbiome of willows in order to improve the practices and implementation of phytoremediation with willows. This thesis also highlights a phenomenon of contaminant migration, influenced by the presence of fast-growing woody plants, which represents an obstacle for the evaluation of phytoremediation performance approaches with willows.

Le bleuet sauvage (Vaccinium angustifolium Ait. et V. myrtilloides Michaux) représente un marché en plein essor au Canada, premier pays producteur et exportateur mondial de ce fruit. Pour faire face à la demande, les producteurs cherchent continuellement à adapter leurs pratiques de production dans le but d’améliorer leur rendement et l'état de santé de leurs bleuetiers. Or, les micro-organismes présents dans les racines et dans le sol jouent un rôle non négligeable en lien avec la santé des plantes. Ce microbiote est donc d’intérêt d’un point de vue agronomique, pourtant, contrairement à d’autres cultures, très peu d’études se sont penchées spécifiquement sur le microbiote du milieu racinaire du bleuetier sauvage. Ce doctorat s’inscrit donc dans l’optique d’accroître les connaissances sur les communautés bactériennes et fongiques présentes dans les bleuetières au Québec. Les objectifs de ce projet sont de détecter les taxons qui pourraient avoir un impact sur les variables agronomiques des bleuetiers telles que le rendement; d’identifier les variables physico-chimiques du sol influençant ces communautés; et d’étudier les impacts que peuvent avoir les différentes pratiques agricoles, telles que la fertilisation et la fauche thermique, sur ces micro-organismes. Nous nous sommes appuyés sur le séquençage de nouvelle génération et le métacodage à barres de l’ADN environnemental de nos échantillons de racines et de sol afin d’obtenir une analyse des communautés bactériennes et fongiques de la rhizosphère et des racines des bleuetiers. Les analyses multivariées effectuées par la suite permettent de comparer ces communautés et de voir si certaines espèces sont spécifiques à une condition particulière. Dans l’ensemble, cette thèse a donc permis de caractériser les communautés fongiques et bactériennes du milieu racinaire du bleuetier sauvage in situ dans plusieurs bleuetières du Québec. De nombreuses espèces de champignons mycorhiziens éricoïdes ont été systématiquement identifiées dans les trois études et leur prédominance suggère leur importance pour le bleuetier sauvage. Nous avons également trouvé que l’ordre bactérien des Rhizobiales, connu pour sa capacité à fixer l’azote atmosphérique, occupait une part importante de la communauté bactérienne. Les études sur la fertilisation et la fauche thermique ont démontré que ces deux pratiques agricoles avaient peu d’impact significatif sur les communautés microbiennes étudiées. Enfin, cette thèse donne des pistes de réflexion sur la fixation d’azote par les communautés bactériennes et pose les premières bases pour des essais de bio-inoculation avec les espèces fongiques et bactériennes détectées ayant un potentiel impact bénéfique sur la culture des bleuets sauvages. / The wild blueberry (Vaccinium angustifolium Ait. and V. myrtilloides Michaux) market is booming in Canada, the world's leading producer and exporter of this fruit. In order to meet the demand, growers are constantly trying to adapt their production practices to improve their yields and the health of their blueberry fields. Micro-organisms present in the roots and in the soil play a significant role in the health of the plants. This microbiota is therefore of interest from an agronomic point of view, yet, contrary to other crops, very few studies have been conducted specifically on the microbiota of the root environment of wild blueberries. This doctoral project therefore aims at increasing our knowledge of the bacterial and fungal communities present in wild blueberry fields in Quebec. The objectives of this project are to detect taxa that could have an impact on agronomic variables of wild blueberry fields such as fruit yield; to identify soil physico-chemical variables influencing these communities; and to study the impacts that different agricultural practices, such as fertilization or thermal pruning, may have on these micro-organisms. We relied on next generation sequencing and metabarcoding of environmental DNA from our root and soil samples to obtain an analysis of the bacterial and fungal communities in the rhizosphere and roots of blueberry shrubs. Subsequent multivariate analyses allow us to compare these communities and see if certain species are specific to a particular condition. Overall, this thesis has characterized the fungal and bacterial communities in the root environment of wild blueberry in situ in several Quebec wild blueberry fields. Numerous species of ericoid mycorrhizal fungi were systematically identified in all three studies, and their predominance suggests their importance to wild blueberries. We also found that the bacterial order Rhizobiales, known for its ability to fix atmospheric nitrogen, occupied an important part of the bacterial community. Studies on fertilization and thermal mowing showed that these two agricultural practices have limited significant impacts on the microbial communities studied. Finally, this thesis provides insights into nitrogen fixation by bacterial communities and lays the groundwork for bio-inoculation trials with the fungal and bacterial species detected to have a potential beneficial impact on wild blueberry cultivation.

Les endophytes sont des microorganismes (généralement des bactéries et des champignons) qui vivent dans les tissus végétaux mais n'activent pas le système immunitaire/défense des plantes, contrairement aux pathogènes végétaux qui activent généralement les réponses immunitaires des plantes. Des recherches récentes ont montré que pratiquement toutes les plantes cultivées en plein champ contiennent un certain nombre d'endophytes, et que certains endophytes stimulent la croissance des plantes et renforcent la résistance contre les agents pathogènes. Les endophytes sécrètent des composés chimiques (métabolites secondaires) qui suppriment la croissance des agents pathogènes, un processus connu sous le nom de biocontrôle. En raison de ces propriétés de biocontrôle, les endophytes sont une alternative potentielle aux pesticides chimiques pour lutter contre les maladies des plantes. En conséquence, le biocontrôle est devenu un domaine de recherche important. Mon projet de recherche comportait les objectifs spécifiques suivants : (i) isoler les endophytes des plants de canneberges acquis auprès de deux producteurs commerciaux de canneberges de la variété Stevens situés au Québec, Canada (Bieler Cranberries Inc, et Gillivert Inc.) ; (ii) tester l'activité de biocontrôle des endophytes contre une collection de champignons pathogènes et ensuite inoculer les endophytes les plus actifs dans des plants de canneberges obtenus par germination de la variété Stevens (Bieler Cranberries Inc. ) et Scarlet Knight (Daniele Landreville) ; et (iii) identifier des groupes de gènes de métabolites secondaires en séquençant, assemblant et annotant le génome d'un endophyte qui présentait de fortes caractéristiques de biocontrôle. Dans le cadre de ce projet de recherche, des tests antagonistes in vitro ont été réalisés avec des endophytes de la canneberge et un champignon pathogène, qui ont montré que Pseudomonas sp. CSWB3, Pseudomonas sp. CLWB12 et la souche fongique Lachnum sp. EFK28 étaient les plus actifs et ces souches ont donc été sélectionnées pour des études plus approfondies. Des expériences de germination de semis in vitro et d'inoculation d'endophytes ont montré que les souches bactériennes Pseudomonas sp. CSWB3 et Pseudomonas sp. CLWB12 amélioraient la croissance des semis de canneberges de la variété Stevens. Comme les Pseudomonas sp. CSWB3 et Pseudomonas sp. CLWB12 ont tous deux un effet antagoniste élevé sur les champignons pathogènes, un seul (Pseudomonas sp. CSWB3) a été soumis à une analyse du génome. Le séquençage, l'assemblage, l'annotation et l'analyse du génome de Pseudomonas sp. CSWB3 a révélé que cette souche possède cinq groupes de gènes biosynthétiques de métabolites secondaires qui codent pour les protéines responsables de la biosynthèse des composés antifongiques/antimicrobiens : pyrrolnitrine, pyoluteorine, putisolvine, 2,4-diacétylephloroglucinol, bicornutine A1 et bicornutine A2. Sur la base des résultats de ces travaux, nous concluons que certains endophytes de la canneberge qui possèdent des groupes de gènes codant pour des métabolites secondaires antifongiques peuvent supprimer les pathogènes fongiques et améliorer la croissance des plantes. / Endophytes are microorganisms (typically bacteria and fungi) that live within plant tissue but do not activate the plant defense/immune system, unlike plant pathogens that typically do activate plant immune responses. Recent research has shown that virtually all plants grown under field conditions contain a number of endophytes, and that certain endophytes stimulate plant growth and enhance resistance against pathogens. Endophytes secrete chemical compounds (secondary metabolites) that suppress pathogen growth, a process known as biocontrol. Because of these biocontrol properties, endophytes are a potential alternative to chemical pesticides for combatting plant disease. Accordingly, biocontrol has become an important field of research. My research project was comprised of the following specific aims: (i) isolate endophytes from cranberry plants that were acquired from two commercial producers of cranberries of the Stevens variety located in Quebec, Canada (Bieler Cranberries Inc, and Gillivert Inc.); (ii) test the biocontrol activity of endophytes against a collection of fungal pathogens and then inoculate the most active endophytes into cranberry seedlings that were obtained by germinating Stevens (Bieler Cranberries Inc.) and Scarlet Knight (Daniele Landreville) seeds; and (iii) identify secondary metabolite gene clusters by sequencing, assembling, and annotating the genome of one endophyte that exhibited strong biocontrol characteristics. As part of this research project, in vitro antagonistic tests were conducted with cranberry endophytes and fungal pathogen, which showed that Pseudomonas sp. CSWB3, Pseudomonas sp. CLWB12, and the fungal strain Lachnum sp. EFK28 were the most active and therefore these strains were selected for further studies. In vitro seedling germination and endophyte inoculation experiments showed that the bacterial strains Pseudomonas sp. CSWB3 and Pseudomonas sp. CLWB12 enhanced the growth of cranberry seedlings of the Stevens variety. Since Pseudomonas sp. CSWB3 and Pseudomonas sp. CLWB12 both had a high antagonistic effect on fungal pathogens, only one (Pseudomonas sp. CSWB3) was subjected to genome analysis. Sequencing, assembly, annotation, and analysis of the Pseudomonas sp. CSWB3 genome revealed that this strain possesses five secondary metabolite biosynthetic gene clusters that encode proteins responsible for the biosynthesis of the antifungal/antimicrobial compounds pyrrolnitrin, pyoluteorin, putisolvin, 2,4-diacetylephloroglucinol, bicornutin A1, and bicornutin A2. Based on the results of this work, we conclude that certain cranberry endophytes that possess gene clusters encoding antifungal secondary metabolites can suppress fungal pathogens and enhance plant growth.

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) sont des organismes microscopiques du sol qui jouent un rôle crucial dans les écosystèmes naturels et que l’on retrouve dans tous les habitats de la planète. Ils vivent en relation symbiotique avec la vaste majorité des plantes terrestres. Ils sont des biotrophes obligatoires, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent croître qu'en présence d'une plante hôte. Cette symbiose permet entre autres à la plante d'acquérir des nutriments supplémentaires, en particulier du phosphore et du nitrate. Malgré le fait que cette symbiose apporte des services importants aux écosystèmes, la richesse des espèces, la structure des communautés, ainsi que la diversité fonctionnelle des CMA sont mal connues et l'approfondissement des connaissances dans ces domaines dépend d’outils de diagnostic moléculaire. Cependant, la présence de polymorphisme nucléaire intra-isolat combiné à un manque de données génomiques dans différents groupes phylogénétique de ces champignons complique le développement de marqueurs moléculaires et la détermination de l'affiliation évolutive à hauts niveaux de résolution (c.a.d. entre espèces génétiquement similaires et/ou isolats de la même espèce). . Pour ces raisons, il semble une bonne alternative d’utiliser un système génétique différent en ciblant le génome mitochondrial, qui a été démontré homogène au sein d'un même isolat de CMA. Cependant, étant donné le mode de vie particulier de ces organismes, une meilleure compréhension des processus évolutifs mitochondriaux est nécessaire afin de valoriser l'utilisation de tels marqueurs dans des études de diversité et en génétique des populations. En ce sens, mon projet de doctorat consistait à investiguerétudier: i) les vecteurs de divergences inter-isolats et -espèces génétiquement rapprochéesphylogénétiquement apparentées, ii) la plasticité des génomes mitochondriaux, iii) l'héritabilité mitochondriale et les mécanismes potentiels de ségrégation, ainsi que iv) la diversité mitochondriale intra-isolat in situ. À l'aide de la génomique mitochondriale comparative, en utilisant le séquençage nouvelle génération, on a démontré la présence de variation génétique substantielle inter-isolats et -espèces, engendrées par l'invasion d'éléments mobiles dans les génomes mitochondriaux des CMA, donnant lieu à une évolution moléculaire rapide des régions intergéniques. Cette variation permettait de développer des marqueurs spécifiques à des isolats de la même espèce. Ensuite, à l'aide d'une approche analytique par réseaux de gènes sur des éléments mobiles, on a été en mesure de démontrer des évènements de recombinaisons homologues entre des haplotypes mitochondriaux distincts, menant à des réarrangements génomiques. Cela a permis d'ouvrir les perspectives sur la dynamique mitochondriale et l'hétéroplasmie dans un même isolatsuggère une coexistence de différents haplotypes mitochondriaux dans les populations naturelles et que les cultures monosporales pourraient induirent une sous-estimation de la diversité allélique mitochondriale. Cette apparente contradiction avec l'homogénéité mitochondriale intra-isolat généralement observée, a amené à investiguer étudier les échanges génétiques à l'aide de croisements d'isolats génétiquement distincts. Malgré l'observation de quelques spores filles hétéroplasmiques, l'homoplasmie était le statut par défaut dans toutes les cultures monosporales, avec un biais en faveur de l'un des haplotypes parentaux. Ces résultats suggèrent que la ségrégation opère durant la formation de la spore et/ou le développement de la coloniedu mycélium. De plus, ils supportent la présence d'une machinerie protéique de ségrégation mitochondriale chez les CMAAMF, où l'ensemble des gènes impliqués dans ce mécanisme ont été retrouvé et sont orthologues aux autres champignons. Finalement, on est revenue aux sources avecon a étudié le polymorphisme mitochondrial intra-isolat à l'aide d'une approche conventionnelle de PCR en utilisant une Taq polymérase de haute fidélité, suivie de clonage et de séquençage Sanger, sur deux isolats de R. irregularis. Cela a permis l'observation d'hétéroplasmie in situ, ainsi que la co-expression de variantes de variantes de protéines'ARNm dans une souche in vitro. Les résultats suggèrent que d'autres études basées sur le séquençage nouvelle génération aurait potentiellement ignorée cette variation, offrant ainsi plusieurs nouveaux arguments permettant de considérer les CMA comme des organismes possédant une population de génomes mitochondriaux et nucléaires distincts. / The association between arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and plant roots is one of the most widespread symbioses involving plants, and thus has an important role in terrestrial ecosystems. In exchange for carbohydrates, AMF improve plant fitness by enhancing mineral nutrient uptake, especially in particular phosphate and nitrate. Although this symbiosisDespite the fact that these symbioses contribute provides to important services toin ecosystems, the species richness, community structure and functional diversity of AMF is not well understood due to a lack of reliable molecular tools. The intra-isolate genetic polymorphism of nuclear DNA observed in AMF, combined with a lack of genomic data in a broad range of phylogenetic groups, has made it difficult to develop molecular markers and to determine evolutionary relatedness at high levels of resolution (i.e. between genetically-similar species and/or isolates). For these reasons, it seems a good alternative to use a different genetic system by targeting the mitochondrial genome, which have been shown to be homogeneous within AMF isolates. However, given the peculiar lifestyle of these organisms, a better understanding of the mitochondrial evolutionary processes and dynamics were is necessary in order to validate the usefulness of such markers in diversity and population genetics studies. In that regard, the objectives of my PhD project were to investigate: i) the divergence between closely related species and isolates, ii) mitochondrial genomes plasticity, iii) mitochondrial heritability and potential segregation mechanisms and iv) in situ mitochondrial intra-isolate allelic diversity. With Using comparative mitochondrial genomics using and next generation sequencing (NGS) sequencing, we found substantial sequence variation in intergenic regions caused by the invasion of mobile genetic elements. This variation gives risecontributes to rapid mitochondrial genome evolution among closely related isolates and species, which makes it possible to design reliable intra- and inter-specific markers. Also, an extensive gene similarity network-based approach allowed us to provide strong evidence of inter-haplotype recombination in AMF, leading to a reshuffled mitochondrial genome. These findings suggest the coexistence of distinct mtDNA haplotypes in natural populations and raise questions as to whether AMF single spore cultivations artificially underestimates mitochondrial genetic diversity in natural population.. This apparent contradiction with the intra-isolate mtDNA homogeneity usually observed in these fungi, led to the investigation of mitochondrial heritability in the spore progeny resulting from crossed-cultures. Although an heteroplasmic state was observed in some daughter spores, we found that homoplasmy was the dominant state in all monosporal cultures, with an apparent bias towards one of the parental haplotypes. These results strongly support the presence of a putative mitochondrial segregation proteic machinery in AMF, whose complete set of genes were orthologous with those found in other fungi. Our findings suggest that segregation takes place either during spore formation or colony mycelium development. Finally, we performed a conventional PCR based approach with a high fidelity Taq polymerase, followed by downstream cloning and Sanger sequencing using the model organism Rhizophagus irregularis. We found in situ heteroplasmy along with substantial intra-isolate allelic variation within the mtDNA that persists in the transcriptome. Our study also suggest that genetic variation in Glomeromycota is higher than meets the eye and might be critically underestimated in most NGS based-AMF studies both in nuclei and mitochondria.