La symbiose endomycorhizienne à arbuscules (SMA) a une importance écologique et agronomique majeure car elle permet à la majorité des plantes terrestres, via une association avec des champignons du phylum des Glomeromycota, une meilleure acquisition de nutriments du sol. Les champignons grâce à un large réseau mycélien dans le sol, collectent et echangent des nutriments avec les plantes qui leurs fournissent des substrats carbonés issus de la photosynthèse. Le champignon mycorhizienne à arbuscules (CMA) Rhizophagus irregularis, capable de coloniser les racines de la plupart des plantes terrestres, sécrète des lipo-chitooligosaccharides (Myc-LCOs) et des chitooligosaccharides à chaîne courte (Myc-COs). L’ajout exogène de Myc-LCO stimule la colonisation de plusieurs espèces par des CMAs. Ces Myc-LCOs et les Myc-COs sont capables d’activer une voie de signalisation symbiotique requise pour l’établissement de la SMA. Cependant, le rôle de ces molécules et leur importance dans l’établissement de la symbiose restent à ce jour inconnu. Au cours de ma thèsej’ao étudié la SMA chez la plante modèle pour les monocotylédones tempérées, Brachypodium distachyon. Je me suis intéressé, tout d’abord, à la perception des signaux fongiques (Myc-LCOs et Myc-COs). Un mécanisme possible par lequel les Myc-LCOs pourraient stimuler la SMA, est leur capacité à induire une augmentation du nombre de racines latérales (RL), montrée chez la légumineuse modèle Medicago truncatula ainsi que chez la monocotylédone Oriza sativa (riz). Les réponses transcriptionnelles aux Myc-LCOs chez M. truncatula suggèrent une interaction entre la perception de Myc-LCOs et la signalisation auxine. Par ailleurs, l’ajout d’auxine stimule la SMA chez M. truncatula et le riz. Pendant mes travaux de thèse, nous avons pu montrer que des LCOs induisent aussi la formation de RLs chez B. distachyon. De plus, nous avons pu montrer un effet des LCOs sur l’homéostasie de l’auxine. Finalement, nous avons pu confirmer un rôle positif de l’auxine dans la mise en place de la SMA grâce à l’étude d’un mutant surproduisant de l’auxine. Par ailleurs, des travaux dans l’équipe ont permis d’identifier BdLYR1, un récepteur kinase contenant des motifs lysin (LysM-RLK) capable de lier les LCOs à haute affinité. Cependant, un mutant dans ce gène ne présente aucun phénotype mycorhizien suggérant une redondance fonctionnelle au niveau des récepteurs et/ou des signaux pour l’activation de la voie de signalisation symbiotique. J’ai initié la caractérisation du LysM-RLK BdLYR4, un récepteur potentiel de COs. Enfin, il a été observé que la réponse de croissance des plantes à la colonisation par les CMA est à la fois dépendantes de l’environnement, de la souche de champignon utilisée ainsi que du génotype de plante. Très peu d’études ont été réalisées dans le but d’identifier les mécanismes moléculaires qui régissent ces réponses de croissance. Pour pouvoir le faire, j’ai initié la caractérisation de la variabilité génétique pour les réponses de croissance aux CMAs chez B. distachyon dans le but d’identifier des génotypes contrastés ainsi que les variables phénotypiques les plus pertinentes à analyser. Ces travaux ont permis de trouver des conditions de culture qui permettent l’analyse de la réponse croissance chez B. distachyon. / The endomycorrhizal symbiosis with arbuscules (AM) is of major ecological and agronomic importance because it allows the majority of terrestrial plants, via an association with phylum fungi of Glomeromycota, to facilitate their acquisition of nutrients and water. Fungi through a large soil exchange surface collect and provide nutrients to plants that provide fungi with carbonaceous substrates derived from photosynthesis. The fungus AM Rhizophagus irregularis, capable of colonizing the roots of most terrestrial plants, secretes lipo-chitooligosaccharides (Myc-LCOs) and short-chain chitooligosaccharides (Myc-COs). These molecules are capable of activating a signaling pathway required for the establishment of the AM symbiosis. However, their role and relevance for AM symbiosis is completely unkown. During my phD, I studied perception of fungal signals (Myc-LCOs and Myc-COs) in B.distachyon. Myc-LCOs stimulate AM symbiosis in several plants and induce an increase in the number of lateral roots (RL) in legume plant Medicago truncatula, as well as in Oriza sativa (rice).Transcriptional responses to LCO in M.truncatula suggest a crosstalk between auxin and LCO. Moreover, the addition of auxin also stimulates AM symbiosis in M. truncatula and rice. During my phD, we showed that LCOs stimulates also lateral root formation in B.distachyon. In addition, we showed that these developmental effects are linked to a regulation of auxin biosyntheses and homeostasis. Finally, I could confirm the positive role of auxin in AM thanks to an auxin-overproducer mutant. In the team, BdLYR1, a high-affinity LCO binding protein has been identified. However, the mutant Bdlyr1 is not affected in mycorrhization, as it was also shown for its ortholog in rice. This can be explained by functional redundancy of the receptors but also by redundancy of fungal signals (Myc-CO). During my phD, I focused on BdLYR4, which is a good candidate for Myc-COs receptor. It has been reported mycorrhizal growth responses (MGR) in colonized plants. These growth responses depend on environmental conditions, fungal strain and plant genotype. To date, very few studies have been done in order to identify molecular mechanisms controlling MGRs. To do so, I initiate the characterization of natural variability for MGRs in B.distachyon in order to identify contrasted genotypes and the more convenient phenotipical and physiological traits to analyze. All this work leads us to identify good conditions that maximize differences between genotypes.

Dans les sols, les champignons ectomycorhiziens (ECM) forment une symbiose très répandue avec les racines des arbres et contribuent ainsi à leur croissance et à leur santé. Des études antérieures ont montré que certaines bactéries pouvaient influencer positivement la symbiose entre les ECM et les arbres, appelées BAM pour Bactéries Auxiliaires de la Mycorhization. Les mécanismes de l’effet auxiliaire des BAM sont encore peu connus. En amont de cette thèse, il avait été montré in vitro que la BAM Pseudomonas fluorescens BBc6 formait des structures similaires à des biofilms sur les hyphes de l'ECM Laccaria bicolor. Dans ce contexte, afin d'enrichir les connaissances concernant les interactions entre les ECM et les BAM, cette thèse a porté sur l'interaction physique entre ces deux organismes. L'étude a en partie été réalisée via une méthode d'analyse par microscopie confocale, développée durant cette thèse. Les résultats obtenus ont montré que cette bactérie formait des biofilms localisés préférentiellement sur la région apicale des colonies de l'ECM ce qui pourrait indiquer une interaction trophique. L'existence d'une telle interaction a d'ailleurs par la suite été confirmée. Les résultats ont également montré que l'interaction physique entre Laccaria bicolor et BBc6 n'est pas spécifique puisque l'ensemble des treize autres souches bactériennes testées a formé des biofilms sur les hyphes de Laccaria bicolor. En revanche, BBc6 s'est montrée incapable de former des biofilms sur certains champignons appartenant aux Ascomycètes, suggérant des mécanismes d'inhibition. De plus, l'étude de la matrice des biofilms formés par BBc6 a révélé la présence de réseaux de filaments constitués d'ADN qui semblent structurer ces biofilms et qui ont aussi été observés chez l'ensemble des souches bactériennes testées. Ces résultats révèlent un rôle structural de la molécule d'ADN qui, bien qu'il semble répandu, n'a que peu été reporté jusqu'à présent. Enfin, il a été montré que des mutants de BBc6 qui ont perdu leur effet auxiliaire forment des biofilms différents de la souche sauvage sur une surface abiotique suggérant un lien potentiel entre l'effet auxiliaire et la formation de biofilms / In soil ecosystems, ectomycorrhizal fungi (ECM) form a widespread symbiosis with roots of trees, contributing to tree growth and health. It has been shown that some bacteria, called mycorrhization helper bacteria (MHB), stimulate mycorrhizal symbiosis. The mechanisms of this helper effect are poorly understood. Previous studies have shown that the MHB Pseudomonas fluorescens BBc6 formed biofilm-like structures around the hyphae of the ECM Laccaria bicolor during their in vitro interaction. In this context, in order to increase knowledge concerning MHB/ECM interactions, the work presented here focuses on the physical interaction between these two organisms. To this purpose, a method of analysis based on confocal microscopy was developed. The results showed that the bacteria formed biofilms preferentially localized on the apical region of the ECM colonies, which could indicate a trophic interaction. Such an interaction has been subsequently confirmed. The results also showed that the physical interaction between L. bicolor and BBc6 is not specific since all thirteen other bacterial strains tested formed biofilms on the hyphae of L. bicolor. On the other hand, BBc6 was unable to form biofilms on some fungi belonging to Ascomycetes, suggesting the existence of inhibition mechanisms. Moreover, the study of the BBc6 biofilm matrix revealed networks of DNA-containing filaments which seem to structure these biofilms and which have also been observed in all the bacterial strains tested. These results reveal a structural role of the DNA molecule, a role that has been rarely reported so far despite its probable high occurrence. Finally, it has been shown that BBc6 mutants having lost their helper effect presented a modified phenotype concerning their biofilm formation on abiotic surface, suggesting a potential link between the helper effect and the biofilms formation

L'utilisation des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) pourrait constituer une alternative potentielle aux traitements fongicides conventionnels pour lutter contre les maladies cryptogamiques des plantes. Notre travail a consisté à étudier l'éventuel effet protecteur de la mycorhization arbusculaire chez le blé tendre (triticum aestivum L.) contre Blumeria graminis f. sp. tritici (Bgt), un champignon biotrophe responsable de l'oïdium, une maladie affectant les parties aériennes de la plante. L'inoculation mycorhizienne du blé avec le CMA Funneliformis mosseae (FM), en conditions controlées et optimisées, nous a permis d'obtenir parallèlement à un taux de mycorhization de 38% des plants de blé, une amélioration significative de la biomasse et un taux de protection contre Bgt estimé à 78%. Ces résultats suggèrent l'induction d'une résistance systémique des réactions de défense du blé par mycorhization (Mycorrhiza-Induced Resistance, MIR). Cette protection serait liée à une accumulation de composés phénoliques et de preoxyde d'hydrogène dans les cellules épidermiques des feuilles de blé mycorhizé, au niveau du site de pénétration de Bgt. Une surexpression des gènes POX, PAL, CH11 et NPR1 codant pour des marqueurs de défense a également été mise en évidence dans les feuilles en absence d'infection par Bgt. Enfin, nos travaux ont également souligné l'intégration de divers paramètres pour optimiser l'utilisation des CMA comme agents de biocontrôle chez le blé. La meilleure protection contre l'oïdium a été obtenue aec un apport en phosphore réduit de 5 fois par rapport à celui préconisé au champ et un inoculum mycorhizien à base de Fm, que ce soit chez un cultivar modérément sensible ou un cultivar plus résistant. / The use of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) could be an innovative alternative to chemicals against fungal plant diseases. Our work aimed at studying the possible protective effect of arbuscular mycorrhization in the bread wheat (Triticum aestivum L.) against Blumeria graminis f. sp. tritici (Bgt), a biotrophic fungi responsible of wheat powdery mildew, a disease affecting the aerial plant organs. Wheat mycorrhizal inoculation by Funneliformis mosseae (Fm), under controlled and optimized conditions, allowed us to obtain concomitantly a micorrhizal rate of 38%, a significant increase of plant biomass and a protection level against Bgt estimated at 78%. These results suggest the induction of systemic wheat defense reactions resulting from mycorrhization (Mycorrhiza-Induced Resistance - MIR). This protection is linked to an accumulation of phenolic compounds and hydrogen peroxide at the Bgt penetration sites in epidermal leaf cells of mycorrhized wheat plants. Up-regulations of POX, PAL, NPR1 and CH11 genes encoding for defense markers were also pointed out in leaves of mycorrhizal wheat in the absence of Bgt infection. Moreover, our study highlighted the importance of taking into account various parameters to optimize the use of AMF as biocontrol agents. The highest protection against powdery mildew was obtained with a 5-fold reduced phosphorus input compared to that recommended in the field and with the mycorrhizal inoculum Fm, in both a moderately susceptible or a more resistant cultuva

Pollution et agriculture urbaine (AU) sont deux mondes interconnectés soumettant les villes au défi de la durabilité, dans un contexte où la pollution aux metalloïdes augmente au moins autant que l'intérêt pour l'agriculture urbaine. Les biofertilisants / bioamendements utilisés en AU (champignons mycorhiziens à arbuscules, compost, biochar) peuvent influencer la mobilité des polluants du sol. Cette étude vise à mieux comprendre le devenir de contaminants inorganiques géogéniques et anthropiques, majeurs (Cd, Pb) ou émergents (Sb), dans des systèmes sol-plante-biofertilisant et leur bioaccessibilité pour l'homme. Si la mobilité des polluants est modifiée par les biofertilisants, le type de source influence aussi leur bioaccessibilité. La communauté fongique semble cruciale dans ces phénomènes mais est impactée par l'ajout de compost. Ainsi, l'utilisation de ces biofertilisants sur sol pollué est à raisonner du fait des interactions multiples affectant la phytodisponibilité des polluants. / Urban agriculture (UA) and pollution are two worlds more inter-connected every day, creating one of the main challenges of sustainable cities as persistent metal(loid) contamination increases as much as the interest for urban agriculture. Biofertilizers and bioamendments used in UA (arbuscular mycorrhizal fungi, compost, and biochar) can influence the mobility of contaminants in soil. This study aims to better understand the fate of anthropic or geogenic, major (Cd, Pb) and emerging (Sb), inorganic contaminants in soil-plant-biofertilizer systems and their human bioaccessibility. While contaminant mobility in soil is affected by biofertilizers, their origin influences also their bioaccessibility. The fungal community seems crucial in this phenomenon but is impacted by compost addition. Hence, using these biofertilizers in contaminated soils has to be thought wisely because of the multiple interactions affecting contaminant's phytoavailability.

Le but du projet est de mettre au point de nouveaux outils enzymatiques permettant la production de chitinoligosaccharides de taille et de degré d'acétylation parfaitement contrôlés pour l'étude d'enzymes impliquées dans la biosynthèse, la biodégradation et la modification de la chitine, et pour l'étude de récepteurs protéiques d'origine animale ou végétale. Des études récentes ont montré que les oligomères de la chitine et leurs dérivés sont des molécules qui interviennent dans les phénomènes symbiotiques et de reconnaissance hôte-pathogène dans le règne végétal. Ces molécules sont utilisées en agrochimie comme biofertilisants, et potentiellement en phytosanitaire. Ils sont connus également pour posséder de nombreuses activités biologiques dans le domaine de la santé (effets antimicrobiens, anticancéreux, anti-inflammatoires, immunostimulants...). Si les activités de cette classe d'oligosaccharides sont parfaitement reconnues, leurs modes d'actions restent encore à éclaircir, ce qui nécessite de disposer de molécules pures aux structures chimiques parfaitement contrôlées. La production d'oligomères de la chitine nécessite traditionnellement la mise en œuvre d'une chimie fastidieuse, qui peut être facilitée par une approche chimio-enzymatique.Dans le cadre de cette thèse, nous souhaitons donc développer des outils enzymatiques permettant la synthèse d'une bibliothèque de molécules de taille et de degré d'acétylation contrôlés en vue d'études structure-activité biologique. Pour cela, nous chercherons à produire des N-désacétylases et des chitinases dans différents systèmes d'expression et à caractériser leur activité afin de générer une panoplie de molécules de structure moléculaire parfaitement définie à partir de fragments saccharidiques issus de la biomasse. Les molécules ainsi préparées pourront ensuite être modifiées de façon chimio-sélective afin d'obtenir des sondes photoactivables et/ou biotinylées pour la caractérisation de récepteurs, des substrats fluoro- ou chromogéniques pour le dosage spécifique d'activités enzymatiques ou encore des lipochitinoligosaccharides capables de favoriser la croissance des plantes. Les approches utilisées pour mener à bien ce projet pluridisciplinaire seront : l'ingénierie et la production de protéines recombinantes, la caractérisation biochimique d'activités enzymatiques ainsi que la synthèse chimio-enzymatique et la modification chimique d'oligosaccharides qui devront être caractérisés d'un point de vue physicochimique. Il s'agit d'un projet intégré dans une collaboration nationale financée par l'ANR réunissant des équipes de l'Université de Grenoble, de Lyon, d'Orsay, et l'entreprise Bayer CropScience. / The aim of the project is to develop new tools for enzymatic production of chitooligosaccharides size and degree of acetylation perfectly controlled for the study of enzymes involved in biosynthesis, biodegradation and modification of chitin and for the study of protein receptors of animal or vegetable origin. Recent studies have shown that oligomers of chitin and its derivatives are molecules involved in the phenomena of symbiotic and host-pathogen recognition in plants. These molecules are used as agrochemicals biofertilizers. They are also known to possess numerous biological activities in the field of health (anti-microbial, anti-cancer, anti-inflammatory, immunostimulant ...). If the activities of this class of oligosaccharides are well recognized, their modes of action remain to be clarified, which requires having pure molecules with chemical structures perfectly controlled. The production of chitin oligomers traditionally requires the implementation of a tedious chemistry, which can be facilitated by a chemoenzymatic approach.As part of this thesis, we want to develop enzymatic tools for the synthesis of a library of molecules of size and degree of acetylation controlled studies for structure-biological activity. For this, we will seek to produce N-deacetylase and chitinases in different expression systems and characterize their activity to generate a variety of molecules well-defined molecular structure from saccharide fragments derived from biomass. The molecules thus prepared can then be modified so as to achieve chemoselective photoactivatable probes and / or biotinylated for the characterization of receptors, substrates or fluoro-chromogenic assay for specific enzyme activities or lipo-chitooligosaccharides can promote plant growth. The approaches used to complete this multidisciplinary project are: engineering and production of recombinant proteins, the biochemical characterization of enzymatic activities and chemoenzymatic synthesis and chemical modification of oligosaccharides to be characterized from the point of physicochemical view. This is an integrated project in a national collaboration funded by the ANR with teams from the University of Grenoble, Lyon, Orsay, and Bayer CropScience.

Le jujubier (ou Ziziphus mauritiana Lam.) est une espèce à usages multiples (fruits, fourrage, bois de service) prioritaire pour le reboisement et l’arboriculture fruitière dans le Sahel. Dans ce contexte où les sols sont souvent dégradés et pauvres en minéraux (P en particulier), la mycorhization et la fertilisation phosphatée pourraient jouer un rôle important dans l’amélioration de la croissance et de la productivité des jujubiers.L’objectif principal de ce travail était d’améliorer la croissance et la production fruitière de Z. mauritiana par l’inoculation mycorhizienne dans deux vergers au Sénégal. Il avait pour objectifs spécifiques (i) d’évaluer les réponses à l’inoculation avec des CMAs de différentes espèces de Ziziphus et de provenances de Z. mauritiana en serre, (ii) d’évaluer l’impact de l’inoculation avec R. irregularis IR27 sur la croissance, la survie et la production fruitière de Z. mauritiana, (iii) d’évaluer l’impact de l’inoculation sur la diversité des communautés de CMAs associés à Z. mauritiana en plantation et (iv) de déterminer la persistance de R. irregularis IR27 dans les racines de Z. mauritiana en plantation. Le champignon R. irregularis IR27 s’est avéré le plus efficace parmi les CMAs testés dans ce travail. Le couple Z. mauritiana /R. irregularis IR27 a donc été choisi comme modèle pour étudier l’impact de l’inoculation sur la production fruitière de deux provenances, Gola (variété indienne sélectionnée pour ses fruits de grosse taille) et Tasset (provenance locale à fruits de petite taille) dans deux sites contrastés (Amally et Keur Mangari). Nos résultats ont montré un effet positif de l’inoculation sur la croissance, la survie et le taux de mycorhization de Z. mauritiana à 13 et 24 mois respectivement à Amally et à Keur Mangari. L’inoculation a également augmenté la production fruitière des jujubiers à 18 et 30 mois de plantation à Keur Mangari. Ces résultats montrent la grande capacité de R. irregularis IR27 à compétir face aux CMAs indigènes. Le séquençage Illumina MiSeq du gène 18S a permis de révéler un impact négatif de l’inoculation sur la diversité et la richesse des communautés de CMAs natifs à Amally contrairement à Keur Mangari où l’inoculation n’a pas eu d’impact ni sur la diversité ni sur la richesse des CMAs. Le gène RPB1 s’est révélé pertinent comme marqueur pour détecter R. irregularis IR27 dans les racines de Z. mauritiana inoculés et évaluer par qPCR l’intensité de la colonisation racinaire des jujubiers par R. irregularis IR27 qui a représenté 11 à 13% à 13 mois de plantation à Amally et 12 à 15% à 24 mois de plantation à Keur Mangari. Cependant, il s’avère important d’évaluer à plus long terme l’impact de R. irregularis IR27 et son devenir dans les racines de Z. mauritiana en plantation dans une large gamme de conditions environnementales. / The jujube (or Ziziphus mauritiana Lam.) is an important multipurpose species (e.g. fruits, fodder, wood) for reforestation and fruit farming in the Sahel. In this context where soils are often degraded and deficient in P, mycorrhization and phosphorus fertilization could play a major role on improvement of jujube growth and productivity. The main objective of this work was to improve growth and fruit production of Z. mauritiana by mycorrhizal inoculation in two orchards at Senegal. This work aims (i) to evaluate the responses of different species of Ziziphus and provenances of Z. mauritiana to inoculation with AMF in greenhouse conditions, (ii) to assess the impact of inoculation with R. irregularis IR27 on growth, survival and fruit production of Z. mauritiana, (iii) to assess the impact of inoculation on diversity of native AMF communities associated to Z. mauritiana after planting and (iv) to determinate the persistence of R. irregularis IR27 in roots of Z. mauritiana after planting.The fungus R. irregularis IR27 proved to be the most effective AMF tested in this work. The pair Z. mauritiana /R. irregularis IR27 has been chosen as model to study the impact of inoculation on fruit production of two provenances, Gola (Indian variety selected for its large size fruits) and Tasset (local cultivar with small-sized fruits) in two sites with contrasting rainfall (Amally and Keur Mangari). Our results showed a positive effect of inoculation on growth, survival and mycorrhizal colonization of Z. mauritiana plants at 13 and 24 months after planting at Amally and Keur Mangari respectively. Inoculation increased also fruit production of jujubes at 18 and 30 months after planting at Keur Mangari. These results indicated the high ability of R. irregularis to compete with indigenous AMF. The MiSeq Illumina sequencing of 18S rRNA gene revealed a negative impact of inoculation on AMF richness and diversity at Amally, unlike at Keur Mangari where inoculation had no impact on AMF richness and diversity. The RPB1 gene proved to be an appropriate marker to detect of R. irregularis IR27 in inoculated Z. mauritiana roots and to evaluate by qPCR the root colonization of R. irregularis IR27 which accounted for 11 to 13% at 13 months after planting at Amally and 12 to 15% at 24 months after planting at Keur Mangari. Therefore, it is important to assess at long-term the impact of R. irregularis IR27 and its persistence in inoculated Z. mauritiana roots in large environmental conditions.