Les champignons mycorhiziens à arbuscules (AMF) sont des symbiotes nécessaires au développement d’environ 80% des plantes vasculaires (Brundrett 2009). Leur impact sur l’adaptation et la croissance des plantes est essentiel, en particulier dans les milieux pauvres comme les maquis miniers de Nouvelle-Calédonie. Les études réalisées jusqu’à présent en Nouvelle-Calédonie sur ce sujet ont démontré l’importance de ces symbiotes dans les maquis miniers et leur rôle dans la nutrition des plantes endémiques et plus généralement dans l’adaptation aux contraintes multiples de ces milieux (Amir et al. 1997 ; Perrier et al. 2006 ;Amir et al. 2007 ; Amir et al. 2008 ; Lagrange 2009 ; Amir et Ducousso 2010). La maîtrise de la symbiose plante/AMF dans ces écosystèmes est essentielle à la mise au point de méthodes de restauration écologique des terrains miniers dégradés, d’autant que les AMF sont des symbiotes non spécifiques et que le même champignon peut être utilisé pour mycorhizer de nombreuses espèces végétales. Toutefois nos connaissances actuelles restent insuffisantes, notamment en ce qui concerne la biodiversité de ces AMF et les mécanismes de leurs effets positifs sur la plante. / In New Caledonia (NC), restoration of open-cat mining sites is far from being mastered. It still needs work, to be improved, especially in plants - soil - microorganisms relationships. These works have focus on description of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) diversity and role in the adaptation of plants to ultramafic constraint, with plant growth promoting rhibzobacteria (PGPR). The diversity of AMF is analyzed on two plant genera with species on ultramafic soils, nickel hyperaccumulat ing or not, and on volcano-sedimentary soils. The analysis of this diversity shows that community composition is contrasted between the two types of soil. Some of AMF taxa seem to be specific to ultramafic soils and some even to be specific to nickel hyperaccumulator species. For the role in adaptation of plants to ultramafic constraints, greenhouse experiments on three endemic species (Alphitonia meocaledonica, Carpolepis laurifolia and Costularia comosa) have shown that naturally brings mycorrhiza improved growth, mineral nutrition, water and Ca /Mg ration. Phosphorus additions seem to change these effects with different consequences on growth according to the host plant. Finally, the use of PGPR alone or with AMF showed that the effect depends on host plant species and bacterial strain, but usually leads to improved growth and plant nutrition. These studies have shown the importance of AMF in ultramafic soils NC.

Les plantes terrestres vivent en association avec des champignons du sol, formant ce que l’on appelle des symbioses mycorhiziennes. Elles échangent du carbone (photosynthétats) contre de l’eau et des minéraux. Ce mutualisme est toutefois troublé par certaines plantes, appelées mycohétérotrophes, capables de soutirer du carbone à leurs symbiontes fongiques. Le plus souvent non photosynthétiques, elles dépendent alors entièrement des champignons mycorhiziens. Certaines ont en revanche conservé la photosynthèse et obtiennent leur carbone par ces deux voies, on les appelle mixotrophes. Cette thèse est consacrée à l’étude des plantes mycohétérotrophes et mixotrophes chez les orchidées, avec des éléments de comparaison chez les éricacées. Les différents travaux qui la structurent précisent la phylogénie de certains groupes clés, s’intéressent aux évolutions génomiques, métaboliques et physiologiques accompagnant ces modes de nutrition originaux, et à leur sensibilité face aux conditions environnementales. / Terrestrial plants live in collaboration with soil fungi, forming associations called mycorrhizal symbioses. They exchange carbon (photosynthates) for water and nutrients. This mutualism is however disrupted by some plants, called mycoheterotrophs, which are able to obtain carbon from their fungal symbionts. Non-photosynthetic most of the time, then they entirely depend on mycorrhizal fungi. Some yet have retained photosynthesis and acquire carbon from these two ways, we called them mixotrophs. This PhD thesis is dedicated to the study of mycoheterotrophic and mixotrophic plants in orchids, with points of comparison in Ericaceae. This dissertation is structured around different kinds of work, which clarify the phylogeny of some key lineages, provide insights into the genomic, metabolic and physiologic evolution going along with these unusual nutrition types, and question how they respond to environmental parameters.

L'objectif principal de cette étude est d'évaluer la possibilité d'établir un couvert végétal sur des sédiments contaminés aux métaux lourds et aux hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), dragués du port de Montréal (Qc) et de la rivière St-Charles (Qc). Ce même travail retient pour optique l'évaluation de l'effet de l'ajout de mycorhizes sur le développement de la biomasse aérienne des plantes, ainsi que sur l'accumulation de métaux lourds notamment le cuivre (Cu) et le zinc (Zn) dans un mélange de plantes cultivées sur les sédiments dragués. Le dernier objectif est d'évaluer la teneur des HAP dans les sédiments de la rivière St-Charles après trois ans d'exposition à l'air libre et mis en végétation. En général, les résultats montrent qu'un couvert végétal peu dense s'est établi sur la majorité des parcelles de sédiments St-Charles à partir de la deuxième année après l'ensemencement. Les biomasses aériennes des plantes inoculées avec Glomus intraradices excèdent considérablement celles des plantes sans mycorhizes. En 2008, les rendements en matière sèche de la biomasse aérienne étaient corrélés positivement avec les prélèvements aériens du Zn (r = 0,8543, P < 0,01) et le taux de colonisation des racines (r = 0,8121, P < 0,01) dans les parcelles des plantes inoculées. À la troisième année de végétation, Les rendements en matière sèche de la biomasse aérienne ont nettement augmenté. D'une manière générale, les plantes cultivées sur les sédiments du port de Montréal se sont mieux établies durant deux saisons de végétation (mai -octobre 2008 et mai -octobre 2009) que celles cultivées sur les sédiments de la rivière St-Charles durant trois saisons de croissance (mai -octobre 2007, mai -octobre 2008 et mai -octobre 2009). Finalement, la mise en végétation a permis, comparativement aux sédiments sans végétation, une réduction significative de la teneur en HAP totaux des sédiments. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Phytorestauration, Sédiments contaminés, Végétation, Métaux lourds, HAP, Mycorhizes.

Thèse (D. en ressources minérales)--Université du Québec à Montréal, 2005. / En tête du titre: Université du Québec à Montréal. Comprend des réf. bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Sur un site de traitement du bois dont les sols étaient contaminés en Cu, une remédiation par la phytostabilisation aidée a été développée et évaluée. Les objectifs étaient : 1) L’évaluation initiale des risques. 2) La sélection d’amendements efficaces pour immobiliser le Cu et restaurer la croissance des végétaux. 3) La sélection d’espèces végétales tolérantes au Cu. 4) L’établissement in situ et le suivi de parcelles d’amendements et d’espèces potentiellement efficaces pour la phytostabilisation. 5) La caractérisation de mécanismes de tolérance d’une Poaceae, Agrostis capillaris. La contamination des sols de surface augmente la mortalité d’invertébrés terrestres et d’espèces végétales, diminue les biomasses et la diversité des communautés végétales et modifie leur composition. L’exposition des racines du haricot au Cu a été diminuée par l’ajout d’amendements au sol, les plus efficaces étant la matière organique, seule ou combinée avec un composé alcalin ou du fer zérovalent. Dans les communautés végétales établies, des espèces natives tolérantes au Cu, i.e. Agrostis capillaris on été identifiées. Les tests en pot ont confirmé la tolérance de plusieurs espèces et souligné des différences de tolérance inter- et intra-espèces. Après les tests en pots, certaines espèces ont été transplantées in situ ainsi que d’autres espèces identifiées d’après la littérature. Après deux ans de phytostabilisation aidée, l’écotoxicité des sols pour le haricot diminue et l’installation spontanée d’espèces augmente. L’association des arbres avec des ectomycorhizes a permis d’améliorer la croissance de P. nigra, cependant le rôle des mycorhizes et d’autres micro-organismes pour améliorer la phytostabilisation reste à confirmer. Une espèce, A. capillaris, a été utilisée pour identifier des mécanismes de tolérance au Cu dans les racines. Le protèome de deux écotypes, métallicole et non métallicole, a été comparé en conditions d’exposition croissante au Cu, en vue de détecter une synthèse différentielle des protéines solubles et de les séquencer. / At a timber treatment site, there is a major Cu contamination of topsoils. Soil remediation was developed and assessed, especially aided phytostabilisation. Main objectives were: 1) Initial risk assessment; 2) The selection of efficient amendments for increasing Cu stabilization and plant growth; 3) The selection of Cu-tolerant plant species; 4) The in situ appraisal of the best amendments and plant species with a long term monitoring of the plots; 5) The characterisation of the tolerance mechanisms of a Poaceae species, A. capillaris. The topsoil contamination increased the mortality for two terrestrial invertebrates and plant species, decreased the biomass and diversity of plant communities and modified their composition as well. Root exposure to Cu was decreased with the incorporation of amendments, i.e. organic matters, singly or in combination with alkaline materials or zerovalent iron grit. In established plant communities, native Cu tolerant species were recorded. Pot experiments confirmed several plant species as Cu tolerant and highlighted differential tolerance across plant species and populations. Some plant species were transplanted to the site and the soil Cu labile pool was decreased by mixing amendments. After a two-year period of aided phytostabilisation, bean exposure decreased, native plant species naturally disseminated and diversity increased. The association of trees with ectomycorhiza improved the growth of P. nigra. The role of mycorhiza and other micro-organisms in improving phytostabilisation was not clear-cut but is a promising option. One of the tolerant plant species, A. capillaris, was chosen to identify the Cu tolerance mechanisms in roots. The proteome of two populations, one metallicolous and one non metallicolous, was extracted and differential synthesis of soluble proteins compared in order to identify and sequence candidates.

Les espèces du groupe Piptadenia sont des légumineuses endémiques du Brésil, dont la plupart sont des arbres capables de se développer sur des sols peu fertiles faisant d'eux de bons candidats pour le reboisement des terres dégradées. Les Piptadenia établissent une symbiose à la fois avec des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) et des rhizobiums. Ces espèces sont proches du genre Mimosa, connu pour son affinité pour les symbiotes du genre Burkholderia. Dans ce travail de thèse nous décrivons la biodiversité des symbiotes rhizobiums associés au groupe Piptadenia, et élargissons l'affinité des Burkholderia à ce groupe de légumineuses. Les études phylogénétiques sur des marqueurs neutres et symbiotiques montrent une origine stable et ancienne de la symbiose Burkholderia/Mimoseae. Les études de spécificité d'association entre espèces de Burkholderia et espèces de Piptadenia montrent que cette dernière est lâche, les patterns d'association étant davantage liées aux sites prospectés au Brésil plutôt qu'à une sélection par l'hôte. Dans un second temps, nous avons étudié l'association tripartite entre plusieurs génotypes de Burkholderia, un CMA (Glomus clarum), et l'espèce Piptadenia gonoacantha, décrite dans la littérature comme formant une nodulation mycorhize-dépendante. Nos travaux montrent que la nodulation n'est pas CMA-dépendante, mais par contre l'efficience symbiotique des nodules dépend de la mycorhization pour certains génotypes de Burkholderia. Nous décrivons également des interactions entre symbiose rhizobienne et mycorhizienne au sein des nodules (présence du CMA dans les nodules avec sporulation dans certaines combinaisons de symbiotes). Ces travaux soulèvent la nécessité de prendre en compte les interactions génotype-génotype entre symbiotes rhizobiens et mycorhiziens lors de la sélection des inoculums dans le cadre des programmes de revégétalisation au Brésil par des arbres du groupe Piptadenia. / The Piptadenia group comprise endemic species from Brazil of which many are trees able to develop on poorly fertile soils and are good candidates for revegetation programs. Piptadenia species establish symbioses with both arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and rhizobia. These species are phylogenetically close to the Mimosa genus, known for its affinity for Burkholderia rhizobial symbionts. In this thesis we describe the biodiversity of rhizobial symbionts associated to the Piptadenia group, and enlarge the affinity towards Burkholderia to this group of legumes. Phylogenetic studies on neutral and symbiotic markers show a stable and ancient symbiosis Burkholderia/Mimoseae. Specificity studies between Burkholderia and Piptadenia group species show that specificity is not strong, and that patterns of associations between partners are isolation site dependent rather than linked to the host legume. In the second part of this thesis we have studied the tripartite association between several Burkholderia genotypes, an AMF (Glomus clarum), and Piptadenia gonoacantha (Pg), a legume species described as making an AMF-dependent nodulation (Jesus et al., 2005). Our experiments show that nodulation in Pg is not AMF-dependent, but that symbiotic efficiency of nodules rely on AMF presence for specific Burkholderia genotypes. We also describe interactions between rhizobial and mycorrhizal symbiosis (AMF presence in nodules, with sporulation in several symbionts combinations). Our work underlines the necessity to consider genotype-genotype interactions between rhizobial and AMF symbionts for the selection of synergistic inoculums in revegetation programs using Piptadenia group species in Brazil.

La symbiose mycorhizienne est une interaction mutualiste formée entre les racines des plantes terrestres et des champignons du sol. Les changements morphoanatomiques associés au développement de cette symbiose sont accompagnés de modifications dans la régulation de l'expression génique. L'étude des profils transcriptomiques est donc fondamentale afin de caractériser les mécanismes moléculaires gouvernant la symbiose mycorhizienne. Le développement récent des approches de transcriptomique à haut débit offre de nouvelles perspectives pour la compréhension de ces mécanismes. Le travail entrepris dans le cadre de ce projet de thèse visait à caractériser in silico le transcriptome symbiotique du champignon ectomycorhizien Tuber melanosporum et du champignon endomycorhizien Glomus intraradices. Il s'agissait de mettre en place les outils et les protocoles bioinformatiques permettant l'exploitation des données transcriptomiques issues des nouvelles technologies de séquençage, afin de caractériser les transcrits exprimés par les symbiotes et d'identifier les gènes régulés au cours de la symbiose. Ce travail original a permis de souligner l'existence de traits communs aux profils d'expression des champignons mycorhiziens. De plus, la caractérisation du transcriptome de G. intraradices a permis d'établir le premier répertoire de gènes à l'échelle du génome pour un champignon endomycorhizien. Cette étude de génomique contribue à l'amélioration des connaissances sur les processus moléculaires qui sous-tendent la symbiose mycorhizienne et constitue une ressource unique pour de futures recherches sur les réseaux de gènes contrôlant la symbiose / Mycorrhizal symbiosis is a mutualistic interaction involving roots of terrestrial plants and soil fungi. Morphological changes associated with the development of this symbiosis are accompanied by changes in gene expression. The study of transcriptomic profiles is thus essential to characterize the molecular mechanisms that govern the mycorrhizal symbiosis. The recent development of high-throughput transcriptomic approaches provides new insights for the understanding of these mechanisms. The work undertaken during this thesis aimed to characterize in silico the transcriptome of the ectomycorrhizal fungus Tuber melanosporum and the endomycorrhizal fungus Glomus intraradices. In order to characterize transcripts expressed by the symbionts and to identify genes regulated during symbiosis, bioinformatic tools and protocols were implemented to process transcriptomic data derived from new sequencing technologies. This work has allowed to highlight common features in the expression profiles of mycorrhizal fungi. In addition, characterization of the G. intraradices transcriptome has allowed to establish the first genome-wide repertoire of genes for an endomycorrhizal fungus. The study helps to improve knowledge about the molecular processes underlying the mycorrhizal symbiosis and provides a unique resource for future research on the gene networks controlling symbiosis

Le système racinaire des arbres peut établir des symbioses ectomycorhiziennes (ECM) avec des champignons rhizosphériques. La mise en place de la symbiose est accompagnée d'une stimulation de la formation des racines latérales (RLs), et d'une modification de la croissance racinaire. Ces processus développementaux conduisent à la formation de racines courtes typiques des ECMs. Il a été montré que l'auxine est une phytohormone clef dans la formation des RLs ainsi que dans la croissance racinaire. Notre projet s'est focalisé sur l'étude de la régulation des voies de l'auxine dans la racine de peuplier en réponse à L. bicolor. Dans cette étude, nous avons mis en évidence un arrêt de croissance des RLs et des racines adventives du peuplier Populus tremula x P. alba, après deux semaines de co-culture avec L. bicolor. De plus, nous avons aussi montré que cet arrêt n'est pas conditionné par la présence du réseau de Hartig. Une analyse de l'expression globale des gènes de peuplier dans la mycorhize a été réalisée au cours de la formation de la mycorhize. Cette analyse, couplée à des observations du gradient auxinique via le patron d'expression du promoteur DR5, montre que la signalisation auxinique est affectée dans l'organe symbiotique. La quantification de l'auxine (acide indole 3-acétique, AIA) et des métabolites associés a permis de mettre en évidence un environnement symbiotique riche en auxine dans la mycorhize, qui pourrait expliquer les modifications de la signalisation auxinique. De plus, un changement de la conjugaison et de la dégradation de l'AIA est détecté dans la racine, ainsi qu'une dégradation de l'AIA dans les hyphes de L. bicolor. En parallèle, une analyse fonctionnelle de PtaPIN9, un orthologue de AtPIN2, responsable du transport basipète de l'auxine à l'apex racinaire chez Arabidopsis thaliana, a été réalisée au cours de la mycorhization avec L. bicolor. L'immunolocalisation de PtPIN9 dans les racines de peuplier a montré une localisation similaire à AtPIN2, dans les cellules épidermiques. Les lignées transgéniques ayant une modification de l'expression de ce gène ne répondent pas à L. bicolor en terme de stimulation de RLs. Dans les racines mycorhizées, PtaPIN9 n'est plus observée, mais les modifications de l'expression de PtaPIN9 ne modifient ni l'arrêt de croissance racinaire, ni la formation du réseau de Hartig. Ces résultats montrent des modifications majeures des voies de l'auxine du peuplier par le champignon symbiotique L. bicolor. Cette étude ouvre des perspectives sur la compréhension du rôle de l'auxine dans le développement racinaire ainsi que dans le contexte des interactions plantes-microorganismes / Root systems of host trees are known to establish the ectomycorrhizal (ECM) symbiosis with rhizospheric fungi. This mutualistic association leads to modifications of root development that including a stimulation of lateral host roots, and a modification in root growth. The phytohormone auxin (Indole-3-acetic acid, IAA) is known to regulate LRs formation and root growth. Our research focussed on auxin pathways in poplar root in response to L. bicolor. In this study, our data showed that the poplar-Laccaria bicolor interaction leads to the arrest of LRs and adventitious root growth after two weeks of interaction. We also showed that this arrest is not regulated by the Hartig net. Differential auxin responses were analyzed by using an auxin-responsive DR5::GUS marker line and revealed a loss of auxin response in ECM roots. An oligoarray-based transcript profiling of poplar roots in contact with L. bicolor highlights a differential expression of auxin asociated genes in ECM. Measurement of auxin metabolite in ECM and in the free living partners revealed an IAA accumulation, an activation of the IPyA (Indol-3-Pyruvic Acid) dependant IAA biosynthesis pathway in both partners, as well as changes in IAA conjugation pathways in poplar and in IAA degradation pathways in L. bicolor. Our findings illustrate the impact of L. bicolor colonization on root auxin metabolism and response, and also suggest a role of auxin as a signal in the formation of ECM and in the regulation of ECM function. In parallel, PtaPIN9 function analysis in response to L. bicolor has been performed. PtaPIN9 immunolocalization in poplar roots showed similar localization to AtPIN2 in epidermis cells. Transgenic lines having a modification in PtaPIN9 expression, did not formed new LRs in respond to L. bicolor. In ECM roots, the loss of PtaPIN9 signal is observed but modifications of PtaPIN9 expression did not modify the root growth arrest and the Hartig net formation. These results show major changes in auxin associate pathways in poplar root by the symbiotic fungus L. bicolor, during the formation of the mycorrhiza root. Our results offer perspectives on the role of auxin in root development and in the context plants-microbes interactions

Dans son environnement, la plante interagit sans cesse avec des microorganismes. Elle est confrontée à une variété de microorganismes bénéfiques, neutres ou pathogènes, qui sont fortement dépendants des ressources carbonées que la plante libère dans le sol, leur conférant ainsi un apport de nutriments et d’énergie nécessaire à leur développement. La mycorhize à arbuscules est une symbiose mutualiste formée par 80% des plantes terrestres datant de l’Ordovicien, i.e. environ 450 millions d’années avant notre ère. L’ensemble des travaux de recherche présenté au sein de ce manuscrit, s’inscrit dans le cadre de deux objectifs généraux : (i) acquérir une meilleure compréhension des mécanismes à l’origine des relations trophiques chez la plante mycorhizée, et (ii) étudier l’impact de la mycorhization sur la production végétale tant en terme de quantité que de qualité. Nous avons étudié la réponse à la mycorhization de variétés anciennes de blé afin d’appréhender s’il existait une différence dans un environnement semi-contrôlé (serres) ou dans un environnement non contrôlées (champ), et/ou en fonction de la communauté de champignons mycorhiziens à arbuscules présente. Nos résultats ont mis en évidence que la mycorhization et la nature des champignons mycorhiziens arbusculaires endogènes peuvent influer sur le rendement au stade tallage, même chez des variétés de blé ayant une faible capacité mycorhizogène. Nous avons aussi illustré l’importance de bien choisir les critères utilisés pour mesurer ce gain éventuel. Dans un deuxième axe de recherche nous nous sommes intéressés à l’impact de la mycorhize à arbuscules sur le développement de la tomate Micro-Tom, et les échanges trophiques au cours de l’interaction. Nous avons pu mettre en évidence, grâce à une analyse multivariée, à la fois des différences de comportement parmi les plantes particulièrement aux stades fruit vert mature et fruit rouge mature selon la nature des champignons mycorhiziens à arbuscules présents, et des potentiels phénomènes d’interaction entre deux souches de champignons mycorhiziens à arbuscules; nos résultats confirmant que les arbuscules ne sont pas les seules sites d’échanges dans la mycorhize à arbuscules. Le troisième axe de ce travail a porté sur l’impact potentiel des méthodes de production de semences de variétés anciennes de tomate en condition de sécheresse, à la fois sur la communauté endogène de champignons mycorhiziens au champ, sur la tolérance de la plante au stress hydrique et sur la production végétale en terme de rendement et de qualité des fruits. Le site d’expérimentation se situait au Potager de santé (ferme de production de semences gérée par Pascal Poot). Nos résultats ne montrent aucune différence, en conditions de stress hydrique au champ, entre des variétés cultivées régulièrement sur ce site et des variétés commerciales. Alors, on peut se demander si d’autres facteurs liés au site d’exploitation, tels que les microorganismes interagissant avec les racines de la plante pourraient être à l’origine de la tolérance accrue au stress hydrique. Des travaux sont en cours au laboratoire pour étudier cette hypothèse. L’ensemble de ces travaux ouvrent la voie à de nouvelles recherches visant à élucider les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation des échanges trophiques au cours de la mycorhize à arbuscules et à la valorisation des services écosystémiques rendus par la mycorhize à arbuscules au champ. / In its environment, the plant interacts constantly with microorganisms. It is confronted with a variety of beneficial, neutral or pathogenic microorganisms, which are highly dependent on the carbon resources that the plant releases into the soil, giving them a supply of nutrients and energy necessary for their development. The arbuscular mycorrhiza is a mutualistic symbiosis formed by 80% of terrestrial plants from the Ordovician period, i.e. about 450 million years ago. The research presented in this manuscript was focused on two main goals: (i) to gain a better understanding of the mechanisms underlying trophic relationships in the mycorrhizal plant, and (ii) to study the impact of mycorhization on plant production, both in terms of quantity and quality. We investigated the mycorrhizal response of wheat landraces in order to understand if there were differences in a semi-controlled environment (greenhouses) or in an uncontrolled environment (field), and / or depending on the community of mycorrhizal fungi. Our results showed that mycorrhization and the nature of endogenous arbuscular mycorrhizal fungi can affect yield, even in wheat varieties with low mycorrhizal ability. We also highlighted the importance of choosing the criteria used to measure this potential gain. In a second line of research, we were interested in the impact of arbuscular mycorrhiza on the development of Micro-Tom tomato, and the trophic exchanges during the interaction. Multivariate analysis revealed behavioral differences between plants at mature green fruit and red ripening stages depending on arbuscular mycorrhizal fungal strain, as well as potential interaction event between two arbuscular mycorrhiza fungus trains. Our results confirm that the arbuscules are not the only sites of exchange in arbuscular mycorrhiza. The third axis of this work focused on the potential impact of seed production methods of ancient tomato varieties in drought condition, both on the endogenous community of arbuscular mycorrhizal fungi in the field, on the tolerance of the plant to water stress and on crop production in terms of fruit yield and quality. The experimental site was located in the Potager de santé (seed farm managed by Pascal Poot). Our results show no difference, under conditions of water stress in the field, between varieties regularly cultivated on this site and commercial varieties. Then, one may wonder if other factors related to the exploitation site, such as the beneficial microorganisms interacting with the roots of the plants could be at the origin of the increased tolerance to water stress. Work is underway in the laboratory to study this hypothesis. All of this work paves the way for new research aimed at elucidating the molecular mechanisms involved in the regulation of trophic exchanges during arbuscular mycorrhizae and the valuation of the ecosystem services rendered by arbuscular mycorrhizae in the field.

La symbiose mycorhizienne à arbuscule (MA) est une association mutualiste s’établissant entre les racines des plantes et des champignons du sol appartenant à l’embranchement des Gloméromycètes. Dans cette association, le champignon agit comme un fertilisant naturel, fournissant à la plante divers minéraux (phosphore, mais aussi azote et soufre …) en échange de sources de carbone indispensables à son développement. Une caractéristique originale de ces champignons est leur très large spectre d’hôte : de l’ordre de 80% des espèces végétales ont l’aptitude à former cette symbiose, et certains espèces de champignons MA ne semblent pas avoir de limitation de spectre d’hôte. Les champignons MA possèderaient-ils des « clés universelles » de compatibilité cellulaire avec leur hôte, ou de contournement de l’immunité végétale ? Pour aborder cette problématique, nous avons entrepris l’étude du sécrétome du champignon MA Rhizophagus irregularis dont plusieurs données génomiques étaient disponibles. Les microorganismes eucaryotes sécrètent en effet dans leur environnement des protéines agissant sur leurs structures exogènes (paroi cellulaire), leur environnement, et pouvant agir sur l’immunité des cellules hôtes. Ces protéines sécrétées (SPs) sont dans ce dernier cas appelées « effecteurs ». Sur la base de deux assemblages différents, un catalogue de 872 SPs de R. irregularis (RiSPs) a été défini pour lesquelles les profils d’expression dans trois plantes hôtes ont été comparés. Nous avons également comparé ces SPs à celles que nous avons définies sur une autre espèce de champignon MA, Gigaspora rosea. Après enrichissement du catalogue de RiSPs avec des séquences de petite taille identifiées sur un assemblage transcriptomique propre, puis sélection des candidats dont les cadres de lecture sont robustes et présentant un niveau d’expression élevé (FC>10) dans les 3 hôtes testés, un jeu de 33 RiSPs d’intérêt a été défini, dont 18 ont été sélectionnées pour effectuer des analyses fonctionnelles. En absence de protocole de transformation de ces champignons, l’analyse fonctionnelle a porté sur la cytolocalisation de protéines de fusion RiSP:citrine dans les cellules végétales par surexpression dans des feuilles de tabac et des racines de luzerne tronquée. Différents compartiments cellulaires sont ciblés par ces RiSPs, très souvent le compartiment vacuolaire. Des approches par surexpression in planta de plusieurs candidats RiSP ont permis d’identifier une activité stimulatrice de 3 RiSPs sur l’établissement de la symbiose. Parallèlement, des essais de stimulation de la symbiose MA par apport exogène de différents SPs sur plantules en cours de mycorhization en chambre ont été initiés. Ils devront être poursuivis sur les 3 candidats issus du crible de surexpression. En perspective, l’évaluation de la spécificité d’action de ces SPs sur la symbiose MA comparativement à d’autres interactions plante-champignon ouvrira la voie à des essais d’application au champ. / Arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis is a mutualistic association established between plant roots and soil fungi belonging to the phylum Glomeromycota. In this association, the fungus acts as a natural fertilizer, supplying the plant with various minerals (phosphorus, but also nitrogen and sulfur) in exchange to carbon sources essential for its development. An original feature of these fungi is their very broad host spectrum: c.a. 80% of plant species have the ability to form this symbiosis, and some species of AM fungi do not seem to have a restrictive host spectrum. Would MA fungi possess "universal keys" for cell compatibility with their host, or to by-pass plant immunity? To address this problem, we studied the secretome of the AM fungus Rhizophagus irregularis from which several genomic data were available. Eukaryotic microorganisms indeed secrete in their environment proteins acting on their exogenous structures (cell wall), on their environment (nutrient recruitment), and even on host plant cell immunity. These last secreted proteins (SPs) are defined as effectors. Based on two different assemblies, a repertoire of 872 SPs of R. irregularis was defined for which transcriptional expression profiles obtained in three hosts were compared, as well with SPs from another species of AM fungus, Gigaspora rosea. After adding sequences of small size identified from an in-house transcriptomic assembly, screening unambiguous open reading frame, and selecting strongly expressed candidates (FC> 10) in the 3 plant hosts analyzed, a set of 33 RiSPs of interest was defined, of which 18 were selected for functional analysis. As genetic transformation protocol is unavailable for AM fungi, RiSP:citrine fusion proteins were overexpressed in tobacco leaves and barrel medic roots for plant cell localization. Different cell compartments were targeted by these RiSPs, and often localised in the vacuolar compartment. In planta overexpression of several candidates allowed identifying 3 RiSPs that stimulate the establishment of the symbiosis. In the same time, attempts to enhance MA symbiosis by addition of exogenous RiSPs on seedlings during mycorrhizal establishment were initiated. Such assays should be pursued on the 3 active candidates revealed by overexpression assays. Evaluating the specificity of action of these RiSPs on AM symbiosis compared to other plant-fungus interactions will open the way to field trials.