The vast majority of terrestrial plant species live in symbiosis with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). AMF and plants live in complex networks, with roots of individual plants hosting multiple AMF, and single AMF colonizing multiple plants concurrently. Through the exchange of resources, the two partners of this symbiosis can have great effects on each other, effects which can ripple through both communities. What determines the patterns of associations between the partners is still largely unknown. In this dissertation, I examine a variety of factors, and in particular host identity, that could drive the community composition of AMF in roots. I began by surveying the diversity of AMF in roots of 12 plant species at a remnant bunchgrass prairie in Oregon, U.S.A. (Chapter 2). To do that, I first designed new primers for use in polymerase chain reaction (PCR) to specifically amplify DNA from all Glomeromycota species. Using those primers, I found 36 distinct AMF phylogenetic groups, or operational taxonomic units (OTUs) in the roots from the prairie. The proportion of OTUs in the basal order Archaeosporales was greater than in many other environmental surveys. I also conducted an in silico analysis to predict how effectively previously published primers would detect the whole diversity of OTUs I detected. I then assayed AMF community composition in the roots of 50 plants from nine plant species (Chapter 3). To do that, I designed primers specific to 18 of the OTUs detected in the initial field survey and used them to test for the presence of each OTU in the roots individual plants. I used that data to test if AMF community composition in individual roots correlated with host identity, spatial distribution, or soil characteristics. I found host identity was associated with both the richness and the structure of root AMF communities, while spatial distribution and soil characteristics were not. Finally, I performed an experimental test of the effect of host identity and community context on AMF community assembly (Chapter 4). I grew plants from four native perennial plant species, including two common and two federally endangered plants, either individually or in a community of four plants (with one plant of each species). I analyzed the AMF community composition in the roots of all plants after 12 weeks of growth with exposure to a uniform mix of field soil as inoculum. I found that host species identity affected root AMF richness and community composition, and community context affected AMF richness. Only one of the endangered species was highly colonized by AMF, and I did not detect unique AMF communities associated with it. This dissertation provides information on the diversity of AMF at a remnant bunchgrass prairie, an ecosystem which has been the subject of very few studies of AMF. Although a complex mix of factors interact to determine AMF community composition in roots, this work provides strong evidence that host identity plays a major role in that process. / Graduation date: 2013

Contexte: Les champignons mycorhiziens à arbuscules (AMF) établissent des relations symbiotiques avec la plupart des plantes grâce à leurs réseaux d’hyphes qui s’associent avec les racines de leurs hôtes. De précédentes études ont révélé des niveaux de variation génétique extrêmes pour des loci spécifiques permettant de supposer que les AMF peuvent contenir des milliers de noyaux génétiquement divergents dans un même cytoplasme. Si aucun processus de reproduction sexuée n’a jusqu’ici été observé chez ces mycorhizes, on constate cependant que des niveaux élevés de variation génétique peuvent être maintenus à la fois par l’échange de noyaux entre hyphes et par des processus fréquents de recombinaison entre noyaux. Les AMF se propagent par l’intermédiaire de spores qui contiennent chacune un échantillon d’une population initiale de noyaux hétérogènes, directement hérités du mycélium parent. À notre connaissance les AMF sont les seuls organismes qui ne passent jamais par un stade mononucléaire, ce qui permet aux noyaux de diverger génétiquement dans un même cytoplasme. Ces aspects singuliers de la biologie des AMF rendent l’estimation de leur diversité génétique problématique. Ceci constitue un défi majeur pour les écologistes sur le terrain mais également pour les biologistes moléculaires dans leur laboratoire. Au-delà même des problématiques de diversité spécifique, l’amplitude du polymorphisme entre noyaux mycorhiziens est mal connue. Le travail proposé dans ce manuscrit de thèse explore donc les différents aspects de l’architecture génomique singulière des AMF. Résultats L’ampleur du polymorphisme intra-isolat a été déjà observée pour la grande sous-unité d’ARN ribosomal de l’isolat Glomus irregulare DAOM-197198 (précédemment identifié comme G. intraradices) et pour le gène de la polymerase1-like (PLS) de Glomus etunicatum isolat NPI. Dans un premier temps, nous avons pu confirmer ces résultats et nous avons également pu constater que ces variations étaient transcrites. Nous avons ensuite pu mettre en évidence la présence d’un goulot d’étranglement génétique au moment de la sporulation pour le locus PLS chez l’espèce G. etunicatum illustrant les importants effets d’échantillonnage qui se produisaient entre chaque génération de spore. Enfin, nous avons estimé la différentiation génétique des AMF en utilisant à la fois les réseaux de gènes appliqués aux données de séquençage haut-débit ainsi que cinq nouveaux marqueurs génomiques en copie unique. Ces analyses révèlent que la différenciation génomique est présente de manière systématique dans deux espèces (G. irregulare et G. diaphanum). Conclusions Les résultats de cette thèse fournissent des preuves supplémentaires en faveur du scénario d’une différenciation génomique entre noyaux au sein du même isolat mycorhizien. Ainsi, au moins trois membres du genre Glomus, G. irregulare, G. diaphanum and G. etunicatum, apparaissent comme des organismes dont l’organisation des génomes ne peut pas être décrit d’après un modèle Mendélien strict, ce qui corrobore l’hypothèse que les noyaux mycorhiziens génétiquement différenciés forment un pangenome. / Background: Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are root-inhabiting fungi whose hyphal networks form symbioses with plants. Previous studies have revealed extremely high levels of genetic variation for some loci, which has lead to the proposition that AMF contain thousands of genetically divergent nuclei that share the same cytoplasm, i.e. they are heterokaryotic coenocytes. No reproductive stage has as yet been observed in AMF, yet evidence is accumulating that the observed high levels of diversity could be maintained by the exchange of nuclei between hyphal systems and (meiotic) recombination. AMF spores contain varying fractions of this heterogeneous population of nuclei, which migrate directly from the parent mycelium. To our knowledge, AMF are the only organisms that never pass through a single nucleus stage in their life cycle, which allows nuclei to diverge into genetically distinct nuclei within the same cytoplasm. Thus, estimating genetic diversity in arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) is a major challenge, not only for ecologists in the field but also for molecular biologists in the lab. It is unclear what the extent of polymorphism is in AMF genomes. The present thesis investigates different aspects of this peculiar genome organization. Results The second chapter in this thesis confirms the extensive intra-isolate polymorphism that was previously observed for large subunit rDNA (in G. irregulare DAOM-197198) and the polymerase1-like gene, PLS (in G. etunicatum), and shows that this polymorphism is transcribed. In the third chapter I report the presence of a bottleneck of genetic variation at sporulation for the PLS locus, in G. etunicatum. Analyses in the fourth chapter, based on a conservative network-based clustering approach and five novel single copy genomic markers, reveal extensive genome-wide patterns of diversity in two different AMF species (G. irregulare and G. diaphanum). Conclusions The results from this thesis provide additional evidence in favor of genome differentiation between nuclei in the same isolate for AMF. Thus, at least three members of the Glomus genus, G. irregulare, G. diaphanum and G. etunicatum appear to be organisms whose genome organization cannot be described by a single genome sequence: genetically differentiated nuclei in AMF form a pangenome.

Les trichothécènes de Fusarium appartiennent au groupe des sesquiterpènes qui sont des inhibiteurs la synthèse des protéines des eucaryotes. Les trichothécènes causent d’une part de sérieux problèmes de santé aux humains et aux animaux qui ont consommé des aliments infectés par le champignon et de l’autre part, elles sont des facteurs importants de la virulence chez plantes. Dans cette étude, nous avons isolé et caractérisé seize isolats de Fusarium de la pomme de terre infectée naturellement dans un champs. Les tests de pathogénicité ont été réalisés pour évaluer la virulence des isolats sur la pomme de terre ainsi que leur capacité à produire des trichothécènes. Nous avons choisi F. sambucinum souche T5 comme un modèle pour cette étude parce qu’il était le plus agressif sur la pomme de terre en serre en induisant un flétrissement rapide, un jaunissement suivi de la mort des plantes. Cette souche produit le 4,15-diacétoxyscirpénol (4,15-DAS) lorsqu’elle est cultivée en milieu liquide. Nous avons amplifié et caractérisé cinq gènes de biosynthèse trichothécènes (TRI5, TRI4, TRI3, TRI11, et TRI101) impliqués dans la production du 4,15-DAS. La comparaison des séquences avec les bases de données a montré 98% et 97% d'identité de séquence avec les gènes de la biosynthèse des trichothécènes chez F. sporotrichioides et Gibberella zeae, respectivement. Nous avons confrenté F. sambucinum avec le champignon mycorhizien à arbuscule Glomus irregulare en culture in vitro. Les racines de carotte et F. sambucinum seul, ont été utilisés comme témoins. Nous avons observé que la croissance de F. sambucinum a été significativement réduite avec la présence de G. irregulare par rapport aux témoins. Nous avons remarqué que l'inhibition de la croissance F. sambucinum a été associée avec des changements morphologiques, qui ont été observés lorsque les hyphes de G. irregulare ont atteint le mycélium de F. sambucinum. Ceci suggère que G. irregulare pourrait produire des composés qui inhibent la croissance de F. sambucinum. Nous avons étudié les patrons d’expression des gènes de biosynthèse de trichothécènes de F. sambucinum en présence ou non de G. irregulare, en utilisant le PCR en temps-réel. Nous avons observé que TRI5 et TRI6 étaient sur-exprimés, tandis que TRI4, TRI13 et TRI101 étaient en sous-exprimés en présence de G. irregulare. Des analyses par chromatographie en phase-gazeuse (GC-MS) montrent clairement que la présence de G. irregulare réduit significativement la production des trichothécènes par F. sambucinum. Le dosage du 4,15-DAS a été réduit à 39 μg/ml milieu GYEP par G. irregulare, comparativement à 144 μg/ml milieu GYEP quand F. sambucinum est cultivé sans G. irregulare. Nous avons testé la capacité de G. irregulare à induire la défense des plants de pomme de terre contre l'infection de F. sambucinum. Des essais en chambre de croissance montrent que G. irregulare réduit significativement l’incidence de la maladie causée par F. sambucinum. Nous avons aussi observé que G. irregulare augmente la biomasse des racines, des feuilles et des tubercules. En utilisant le PCR en temps-réel, nous avons étudié les niveaux d’expression des gènes impliqué dans la défense des plants de pommes de terre tels que : chitinase class II (ChtA3), 1,3-β-glucanase (Glub), peroxidase (CEVI16), osmotin-like protéin (OSM-8e) et pathogenèses-related protein (PR-1). Nous avons observé que G. irregulare a induit une sur-expression de tous ces gènes dans les racines après 72 heures de l'infection avec F. sambucinum. Nous avons également trové que la baisse provoquée par F. sambucinum des gènes Glub et CEVI16 dans les feuilles pourrait etre bloquée par le traitement AMF. Ceci montre que l’inoculation avec G. irregulare constitut un bio-inducteur systémique même dans les parties non infectées par F. sambucinum. En conclusion, cette étude apporte de nouvelles connaissances importantes sur les interactions entre les plants et les microbes, d’une part sur les effets directs des champignons mycorhiziens sur l’inhibition de la croissance et la diminution de la production des mycotoxines chez Fusarium et d’autre part, l’atténuation de la sévérité de la maladie dans des plantes par stimulation leur défense. Les données présentées ouvrent de nouvelles perspectives de bio-contrôle contre les pathogènes mycotoxinogènes des plantes. / Fusarium trichothecenes are a large group of sesquiterpenes that are inhibitors of eukaryotic protein synthesis. They cause health problems for humans and animals that consume fungus-infected agricultural products. In addition some of Fusarium trichothecenes are virulence factors of plant pathogenesis. In this study, sixteen Fusarium strains were isolated and characterized from naturally infected potato plants. Pathogenicity tests were carried out to evaluate the virulence of these isolates on potato plants and their trichothecene production capacity. We chose F. sambucinum strain T5 as a model for this study because it was the most aggressive strain when tested on potato plants. It induces a rapid wilting and yellowing resulting in plant death. This strain produced 4,15-diacetoxyscirpenol (4,15-DAS) when grown in liquid culture. We amplified and characterized five trichothecene genes (TRI5, TRI4, TRI3, TRI11, and TRI101) involved in the production of 4,15-DAS. Nucleotide BLAST search showed 98% and 97% sequence identity with trichothecene biosynthetic genes of F. sporotrichioides and Gibberella zeae, respectively. We used F. sambucinum to determine if trichothecene gene expression was affected by the symbiotic arbuscular mycorrhizal fungus (AMF) Glomus irregulare. We found that the growth of F. sambucinum was significantly reduced in the presence of G. irregulare isolate DAOM-197198 compared with controls that consisted of carrot roots without G. irregulare or F. sambucinum alone. Furthermore, inhibition of the growth F. sambucinum was associated with morphological changes, which were observed when G. irregulare hyphae reached F. sambucinum mycelium, suggesting that G. irregulare may produce compounds that interfere with the growth of F. sambucinum. Using real-time qRT-PCR assays, we assessed the relative expression of trichothecene genes of F. sambucinum confronted or not with G. irregulare. When G. irregulare was confronted with F. sambucinum, TRI5 and TRI6 genes were up-regulated, while TRI4, TRI13 and TRI101 were down-regulated. We therefore used GC-MS analysis to determine whether G. irregulare affects trichothecene production by F. sambucinum. We found that the production of 4,15-DAS trichothecene was significantly reduced in the presence of G. irregulare compared with controls that consisted of carrot roots without G. irregulare or F. sambucinum alone. Interestingly, 4,15-DAS pattern was reduced to 39 μg/ml GYEP medium by G. irregulare compared to 144 μg/ml GYEP with F. sambucinum grown with carrot roots or F. sambucinum alone respectively. We tested the AMF capacity to induce defense responses of potato plants following infection with F. sambucinum. The response of AMF-colonized potatoes to F. sambucinum was investigated by tracking the expression of genes homologous with pathogenesis-related proteins chitinase class II (ChtA3), 1,3-β-glucanase (gluB), peroxidase (CEVI16), osmotin-like protein (OSM-8e) and pathogenesis-related protein (PR-1). We found that the AMF treatment up-regulated the expression of all defense genes in roots at 72 hours post-infection (hpi) with F. sambucinum. We also found that a decrease provoked by F. sambucinum in gluB and CEVI16 expression in shoots could be blocked by AMF treatment. Overall, a differential regulation of PR homologues genes in shoots indicates that AMF are a systemic bio-inducer and their effects could extend into non-infected parts. In conclusion, this study provides new insight into on the interactions between plants and microbes, in particular the effects of AMF on the growth and the reduction of mycotoxins in Fusarium. It also shows that AMF are able to reduce the disease severity in plants by stimulating their defense. The data presented provide new opportunities for bio-control against mycotoxin-producing pathogens in plants.

Les fluctuations du taux de calcium (Ca2+) intracellulaire sont impliquées dans les événements de signalisation et de régulation de différents processus cellulaires. Alors que le role du Ca2+ dans la réponse des plantes lors des interactions mycorhiziennes à arbuscules (MA) interactions est bien documentée, il n’existe aucune information concernant la régulation ou le rôle de ce messager secondaire chez le symbiote fongique. La base moléculaire de l'homéostasie calcique fongique dans la symbiose MA a été analysée en étudiant l'expression de gènes fongiques liés au Ca2+. Dans un premier temps, des gènes de G. mosseae codant putativement pour une protéine kinase-like MAP3k (Gm2) et une P-type ATPase (Gm152) ont été étudiés. L’expression des deux gènes est stimulée par les exudats racinaires d’A. sinicum, suggérant un rôle dans les interactions précoces avant l'établissement de la symbiose. L’obtention de la séquence d'ADNc pleine longueur de Gm152 a confirmé son identité. Une étude plus approfondie du rôle de Ca2+ dans les processus fongiques impliqués dans la symbiose MA a été réalisée chez G. intraradices. L'expression de sept gènes fongiques encodant six protéines de transport membranaire calcique et une protéine kinase nucléaire, sélectionnés du séquençage transcriptomique du G. intraradices, était stimulée lors de la colonisation des racines de M. truncatula type sauvage (lignée J5) mais pas chez le mutant non-mycorhizienne dmi3/Mtsym13. La cartographie par microdissection laser des transcrits des gènes fongiques a indiqué une activation différentielle dans les arbuscules et/ou dans hyphes intercellulaires. Les variations tempo-spatiales de l'expression des gènes fongiques suggèrent des roles différents dans le développement ou le fonctionnement de la symbiose MA. L’ADNc pleine longueur a été obtenue de trois gènes de G. intraradices encodant un PMR1-like réticulum endoplasmique ATPase, un VCX1-like transporteur ionique vacuolaire et un CCaMK nucléaire pour des analyses fonctionnelles chez la levure afin de mieux comprendre leur rôle dans la symbiose MA. Les mécanismes par lesquels les protéines liées au Ca2+ pourraient jouer un rôle chez G. intraradices dans la mobilisation et la perception du messager secondaire au cours des interactions MA sont discutés / Fluctuations in intracellular (Ca2+) calcium levels generate signaling events and regulate different cellular processes. Whilst the implication of Ca2+ in plant cell responses during arbuscular mycorrhiza (AM) interactions is well documented, nothing is known about the regulation or role of this secondary meesenger in the fungal symbiont. The molecular basis of fungal calcium homeostasis in the AM symbiosis was analyzed by investigating the expression of Ca2+-related fungal genes. In a first study, G. mosseae genes putatively encoding a MAP3k-like protein kinase (Gm2) and a P-type ATPase (Gm152) were investigated. Both Ca2+-related genes were up-regulated by A. sinicum root exudates, suggesting a role in early interactions prior to symbiosis establishment. The full-length cDNA sequence of Gm152 obtained from germinating spores of G. mosseae confirmed its identity. The role of Ca2+ in fungal processes leading to establishment of an AM symbiosis was investigated in more detail in G. intraradices-M. truncatula interactions. Enhanced expression of genes encoding six membrane transport proteins and one nuclear protein kinase, selected from the G. intraradices transcriptome database, was related to colonization of wild-type M. truncatula (line J5) roots and not observed with the mycorrhiza-resistant mutant dmi3/Mtsym13. Laser microdissection mapping of transcripts indicated that the Ca2+-related G. intraradices genes were differentially up-regulated in arbuscules and/or in intercellular hyphae. The tempo-spatial variations in fungal gene expression suggest different roles in the development or functioning of the AM symbiosis. Full-length cDNA of three G. intraradices genes putatively encoding a PMR-like endoplasmic reticulum P-type ATPase, a VCX1-like vacuolar Ca2+ ion transporter and a nuclear CCaMK were obtained for functional analyses in yeast mutants to gain insight into their role in the mycorrhizal symbiosis. Possible mechanisms are discussed in which Ca2+-related proteins of G. intraradices may play a role in the mobilization and perception of the intracellular messenger by the AM fungus during symbiotic interactions with host roots

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.

Il a été établi que la majorité des plantes vasculaires abritent des micro-organismes endophytes bactériens et fongiques, qui peuvent coloniser les tissus végétaux et former des associations allant du mutualisme à la pathogénèse. Les symbioses végétales mutualistes les plus communes impliquent les champignons endo-mycorhiziens arbusculaires (AMF). Ces champignons s’associent aux racines des plantes et leur permettent d’améliorer leur nutrition minérale, tandis qu’ils bénéficient des composés produits par l'hôte. Toutefois, les plantes de la famille Ericaceae s’engagent plutôt dans des associations mutualistes avec les champignons mycorhiziens éricoïdes (ErMF). Ces derniers sont morphologiquement et taxonomiquement mal définis, en apparence distribués aléatoirement parmi les espèces issues des grandes divisions taxonomiques des Ascomycota et Basidiomycota. En raison de cette incohérence taxonomique et de l'absence d'une histoire évolutive explicative, la diversité réelle de ces champignons est mal caractérisée. De ce fait, ce projet vise à étudier le microbiote associé à la plante Ericaceae Vaccinium macrocarpon Aït (canneberge), axant la recherche sur les angles morphologiques, génomiques et transcriptomiques des champignons de type ErMF et autres endophytes capables de contrôler la croissance des agents phytopathogènes et de stimuler la croissance des plantes. Notre première démarche présentée dans le chapitre 2 s’est focalisée sur la caractérisation du microbiote endophyte bactérien et fongique de la canneberge, une plante vivace principalement produite en Amérique du Nord, notamment au Québec. Nous avons isolé et identifié 180 micro-organismes à partir de plantes de cultivars variés, collectées de champs différents, et avons démontré l'existence d'une variabilité dans le microbiote selon les tissus, les cultivars, et même entre les champs d'une même ferme. Parmi les endophytes d’intérêt identifiés, l’isolat fongique Lachnum sp. EC5 a stimulé la croissance des cultivars de canneberge Stevens et Mullica Queen et a formé des structures intracellulaires similaires à celles des ErMF à l’intérieur des cellules racinaires de la canneberge. De plus, l’isolat EB37 identifié Bacillus velezensis s’est révélé être un puissant agent antifongique, montrant cependant une tolérance particulière au champignon Lachnum sp. EC5, lors des tests de confrontation. Ce volet sera détaillé avec plus de précision dans le chapitre 4. Le chapitre 3 a porté sur l’analyse génomique comparative de l’isolat fongique Lachnum sp. EC5 avec plusieurs espèces de champignons Leotiomycetes ErMF, saprophytes et pathogènes. Nous avons analysé le sécrétome protéique prédit de ces champignons et mis en évidence que les gènes codant pour les enzymes de dégradation des parois végétales ne sont pas corrélés au mode de vie fongique (mycorhizien, pathogène ou saprophyte). A l’inverse, 10 protéines effectrices de Lachnum sp. EC5 prédites pour cibler spécifiquement un compartiment intracellulaire chez les cellules végétales ont des similarités avec celles d’espèces mutualistes comme Meliniomyces variabilis et Oidiodendron maius. Aussi, la protéine effectrice putative Zn-MP, prédite pour cibler, potentiellement, les chloroplastes végétaux nous permet de proposer un rôle dans le renforcement de l’immunité végétale. Le chapitre 4 s’est intéressé aux mécanismes de régulation d'expression de gènes induits lors de l’interaction entre le champignon Lachnum sp. EC5 et la bactérie B. velezensis EB37. Ces mécanismes ont été comparés à ceux activés chez la bactérie en présence de champignons pathogènes. Nous avons démontré une physiologique cellulaire bactérienne distincte en présence de Lachnum sp. EC5, dénotée par une faible expression des gènes induits lors du stress nutritif associé aux processus de sporulation, de formation du biofilm, de secretion de CAZymes et de lipopeptides. Nous avons suggéré que la sous-régulation de ces mécanismes serait essentiellement explicable par une disponibilité plus importante en glucose ou en d’autres sources de carbone préférentielles pour la bactérie. En réponse, le champignon Lachnum sp. EC5 a vécu différents changements morphologiques. Il aurait détoxifié ses environnements intra et extra-cellulaires et surexprimé sa voie de production de carbone dépendante du cycle du glyoxylate, générant ainsi des conditions favorisant un contact physique entre les deux micro-organismes. En conclusion, nous avons argumenté et documenté que la définition des ErMF basée uniquement sur des critères morphologiques est mal adaptée à catégoriser ces champignons. Notre approche multidisciplinaire a mis en évidence la diversité du microbiote de la canneberge, a étendu la notion d’ErMF à d'autres champignons jusqu'ici exclus de ce groupe, et a souligné l'importance des associations interspécifiques sur l’interaction ErMF-plantes. Ces avancées permettront d’améliorer nos connaissances sur le microbiote des plantes éricacées contribuant, au développement de solutions environnementales éco-responsables pour l’industrie de la canneberge. / It has been established that the majority of vascular plants harbour bacterial and fungal endophytes that colonize plant tissues, and thus form associations that range from mutualism to pathogenesis. Mycorrhizal fungi are a particular class of endophytes that associate with plant roots and enhance plant mineral uptake. The most common type of mutualistic plant symbiosis involves arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), whereas plants of the Ericaceae family instead engage in mutualistic associations with ericoid mycorrhizal fungi (ErMF). The ErMF group, in its current definition, includes both ascomycete and basidiomycete species, yet is morphologically, taxonomically and evolutionarily poorly defined, which implies that the group’s true diversity is not well understood. The objective of this project is to complement morphological information with genomic and transcriptomic data to better understand the role of ErMF in 1) controlling the negative effects of pathogenic infections, and 2) the potential plant growth stimulation for the Ericaceous plant Vaccinium macrocarpon Ait. Our first approach presented in Chapter 2 focused on the characterization of the bacterial and fungal endo-symbiotic microbiota of the Ericaceous plant, Vaccinium macrocarpon Ait (cranberry), a perennial plant mainly in North America, particularly in Quebec. We isolated ~180 distinct bacterial and fungal endophytes collected from roots, stems, and leaves of cranberry plants cultivated in Quebec, Canada. We show that the cranberry microbiome varies substantially between tissues, cultivars, and across fields of the same farm. Among the isolated endophytes, the fungus Lachnum sp. EC5 was found to promote the growth of cranberry cultivars Stevens and Mullica Queen, and to form intracellular structures resembling those other ErMF inside the cortical root cells. In addition, the bacterium Bacillus velezensis (EB37) has been found to be a potent antifungal agent. Interestingly, a confrontation test between EB37 and the fungus Lachnum sp. EC5 revealed a mutual tolerance, which we will describe later in chapter 4. In chapter 3, our project focused on the comparative genomic analysis of the fungus Lachnum sp. EC5 with several Leotiomycete ErMF, saprophytes and pathogens. We analyzed fungal secretomes and demonstrated that genes encoding plant cell wall degradation enzymes are conserved between the tested fungi which suggests that such proteins are not indicative of a particular fungal lifestyle. On the other hand, 10 effector proteins identified in Lachnum sp. EC5 were also only found in mutualistic fungi, such as Meliniomyces variabilis, Oidiodendron maius and have been reported to target the plant intracellular compartments. Also, the identification of the putative effector protein Zn-MP, specific to Lachnum sp. EC5 and predicted to target plant chloroplasts, suggest a role in the reinforcement of plant immunity. Chapter 4 focuses on the patterns of gene expression regulation induced in the biocontrol bacterium B. velezensis EB37 in interaction with the potentially mutualistic fungus Lachnum sp. EC5. These mechanisms were then compared to those activated when the bacterium is in the presence of pathogenic/saprophytic fungi. We demonstrated that in co-culture with Lachnum sp. EC5, EB37expresses fewer genes related to stress, and fewer related to the stationary phase which often involves production of bacterial biofilms and lipopeptides, such as mycosubtilin. We suggest that the lessened response to stress is related to an increased availability of glucose or other preferential sources of carbons for the bacterium. Conversely, Lachnum sp. EC5 in the presence of EB37 underwent morphological changes by a higher lateral branching., detoxified its external and internal environment by expressing both a catalase activity and efflux pumps, and overexpressed its glyoxylate cycle-dependent carbon production pathway, and thus promoting favourable conditions for close physical contact with the bacterium. In conclusion, we demonstrated that the morphological-based definitions are poorly adapted to the categorization of ErMF fungi. Our multidisciplinary approach highlighted the diversity of the cranberry microbiota, extended the notion of ErMF to other fungi hitherto excluded from this fungal group and underlined the importance of interspecific associations on the ErMF-plant interaction. These advances enhance our understanding of the Ericaceous plant microbiota and contributes to the development of sustainable solutions for the cranberry industry.

Der Beitrag der arbuskulären Mykorrhizapilze zur Nährstoffaufnahme und zum Wachstum von Pflanzen ist vom Genotyp des Pilzes und der Pflanze abhängig, sowie von den Umweltbedingungen. In der vorliegenden Arbeit wurden Mykorrhizapilze unterschiedlicher Herkunft verwendet. Im Mittelpunkt der Arbeit stand die Untersuchung der Rolle der Mykorrhiza bei der Reaktion der Pflanze auf räumlich unterschiedliches Nährstoffangebot im Boden. Als Versuchspflanzen wurden Süßkartoffel und Tagetes verwendet. Für die Arbeit wurden verschiedene Modellexperimente durchgeführt. In speziell für diese Arbeit konstruierten Gefäßen wurden nicht-mykorrhizierte und mykorrhizierte Süßkartoffelpflanzen mit organischer Substanz versorgt, die entweder gleichmäßig oder heterogen im Substrat verteilt war. In weiteren Experimenten wurde mit Hilfe von "split-root" Systemen die Wirkung arbuskulärer Mykorrhizapilze auf ein lokales Angebot von mineralischem Phosphor und Stickstoff im Boden untersucht. Darüber hinaus wurde in Versuchen Kompost räumlich konzentriert im Substrat angeboten. Die Messungen umfassten den Mykorrhizierungsgrad der Wurzel, die Entwicklung des extraradikalen Myzels, die Trockenmasse der Pflanze sowie die Konzentrationen an Phosphor und Stickstoff in der Pflanze. Eine Besiedlung der Wurzeln mit arbuskulären Mykorrhizapilzen führte in den meisten Versuchsansätzenzu einer erhöhten Nährstoffaufnahme der Pflanze und zu einem verbesserten Wachstum. Ein besonders starkes Hyphenwachstum in Bodenzonen mit viel organischer Substanz wurde jedoch nicht beobachtet. Zugabe von Kompost führte teilweise zu einem Rückgang des Mykorrhizierungsgrades. Die Verwendung von organischem Material oder Kompost im Gartenbau kann sinnvoll sein und zur Verminderung von Mineraldüngung beitragen. Optimales Pflanzenwachstum und Mykorrhizawirkung erfordern jedoch eine gute Balance zwischen Art und Menge des organischen Stoffes bzw. Komposts, den Substrateigenschaften und den Pflanzen- und Pilzgenotypen. / The actual contribution of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi to plant nutrient uptake depends on the fungal and plant genomes, and on environmental conditions. In the present study, AM fungi of different origin, for example isolated from plots with different long-term fertilizer application history, were used to quantify their contribution to plant nutrient uptake under situations of spatially heterogeneous soil nutrient distribution. Test plants for this study were sweet potato and marigold. Several model experiments were carried out. In specifically constructed growth containers, non-mycorrhizal and mycorrhizal sweet potato plants were supplied with organic matter either homogeneously or heterogeneously distributed in the substrate. Bacteria from a long-term organically fertilized soil were also added as a treatment. In other experiments using a split-root approach, the influence of AM fungi on the plant response to localized mineral phosphorus and nitrogen supply was studied. In a further experiment, the effects of localized compost supply on marigold plants inoculated with Glomus mosseae were investigated. Arbuscular mycorrhizal fungi increased nutrient uptake and growth of plants under most conditions, also when nutrients were heterogeneously distributed in soil. However, there was no indication of increased hyphal proliferation or activity in soil spots with high organic matter. Plant phosphorus status regulated the extent of AM root colonization. The extent of AM root colonization was partly decreased by application of organic matter and of compost to the substrate. Application of organic matter and/or compost can be beneficial in horticulture and can replace mineral fertilizer use. However, optimum plant growth and mycorrhizal function require a good balance between type and amount of organic matter or compost, growth substrate properties and plant and AM fungal genotype.

Aufgrund seines Nährstoffaneignungsvermögens und Stimulierung des Pflanzenmetabolismus kann der Arbuskuläre Mykorrhiza (AM) Pilz im Gartenbau nutzbringend eingesetzt werden. Der Fokus der Arbeit liegt auf den Möglichkeiten des AM Pilzes a) pflanzenernährerische Probleme zu lösen, b) die Blütenbildung bei Zierpflanzen zu steigern und c) das Gesundheitspotential von Gemüse für den Menschen zu erhöhen (sekundäre Pflanzenmetaboliten). Zur Lösung pflanzenernährerischer Probleme wurden Porree, Pelargonie und Poinsettie auf Torf-Substraten mit 20% und 40% Kompostzusatz untersucht. Ferner wurde Salat auf Torf-Substrat mit drei P Behandlungen getestet: substrateigenes P, Rohphosphat und lösliches P. Frühlingszwiebeln und Schnittknoblauch wurden in Nährlösungen auf Perlit mit niedrigem, mittlerem und hohem NH4+/NO3- Verhältnis ernährt. Gemessen wurde die AM Kolonisation, die Trockenmasse und die N, P, K, S, NO3-, Mg und Zn Konzentrationen im Spross. Die Blütenbildung von Pelargonien und Poinsettien wurde auf Torf-Kompost-Substraten untersucht. Der Einfluss auf die sekundäre Metaboliten von Frühlingszwiebeln und Schnittknoblauch wurde zusammen mit drei NH4+/NO3- Verhältnissen geprüft (s.o.). Untersucht wurden Glukose, Fruktose, Saccharose, lösliche Feststoffe und organische Schwefelverbindungen (gemessen als Pyruvat). Eine AM Kolonisation konnte die Nährstoffversorgung der Pflanze verbessern und die Blütenbildung erhöhen. Jedoch profitierten die Pflanzen unter den beschriebenen experimentellen Bedingungen nicht durchgängig in ihrem Wachstum und Metaboliten vom AM Pilz. Die Zugaben von Kompost ermöglichte die Verbesserung der Substratqualität für die Nährstoffversorgung und das Pflanzenwachstum unter ökologischen Gartenbaubedingungen. Der Ertrag von gesundheitsfördernden organischen Schwefelverbindungen konnte in Abhängigkeit von der jeweiligen Allium Spezies, durch eine Variation des Ammonium/Nitrat Verhältnissen und/oder durch einen AM Effekt auf das Wachstum gesteigert werden. / Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi can be beneficial for horticultural crops due to their nutrient acquisition properties and stimulation of the plant metabolism. The present work focuses on the prospects of AM fungi a) to solve plant nutritional problems, b) to induce flower development of ornamental plants, and c) to improve the health potential of crop plants for humans. Contribution of AM fungi to plant nutritional problems were investigated with leek, pelargonium and poinsettia plants on peat-based substrates with 20% and 40% compost additions. Moreover, lettuce plants were supplied on peat-based substrates with substrate own P, rock phosphate, or highly soluble P. Bunching onion and chinese chive were propagated on perlite in nutrient solution with low, medium and high NH4+:NO3- ratios. Mycorrhizal colonization, dry weight, and N, P, K, S, NO3-, Mg and Zn concentrations in plants were measured. Mycorrhizal effects on bud and flower development of pelargonium and poinsettia plants were investigated on peat-based compost substrates. Treatment effects on secondary metabolites in bunching onion and chinese chive were determined by exposing mycorrhizal and non mycorrhizal plants to three NH4+:NO3- supply ratios. The metabolites measured were glucose, fructose, and sucrose, total soluble solids, and organosulfur compounds (measured as pyruvic acid). Colonization improved plant nutrient status and flower development. Under the described experimental conditions, however, plants did not consistently benefit in growth or plant composition from the mycorrhizal symbiosis. Additions of compost were a means of improving the substrate quality for an increased plant nutrient acquisition and plant growth in organic horticulture. The plant quality of Allium species in respect to organosulfur compounds was increased by taking the individual Allium species into consideration, their specific requirements for an optimal NH4+:NO3- supply ratio, and a possible AM effect on plant growth.

Les couvertures végétales herbacées peuvent être utilisées non seulement pour revégétaliser les sols mis à nu, mais aussi pour contrer l’établissement d’arbres dans des écosystèmes naturels et semi-naturels. Cependant, la sélection des espèces permettant de composer des mélanges efficaces soulève des difficultés importantes encore aujourd’hui. De plus, garantir que les mélanges herbacés les plus efficaces dans une expérience de diversité peuvent être transposés dans des conditions réelles est un autre défi soulevant de l’incertitude lors de la mise en œuvre d’un plan de revégétalisation. La prise en compte des mécanismes spatiaux, abiotiques et biotiques est également cruciale pour comprendre comment les couvertures herbacées et les espèces ligneuses interagissent. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse fut d'améliorer le choix des espèces herbacées et d'approfondir notre compréhension des mécanismes biotiques, abiotiques et spatiaux impliqués dans l'inhibition des espèces ligneuses. Le premier objectif de cette thèse fut d'examiner la contribution de la composition et de la diversité (taxonomique et fonctionnelle) des espèces herbacées à l'établissement de deux espèces ligneuses indigènes, Acer rubrum et Betula populifolia, sur une période de trois ans. Le deuxième objectif fut d'évaluer l'efficacité de mélanges herbacés contenant Achillea millefolium et Solidago canadensis dans des conditions réelles de terrain pour contrer l'établissement d'espèces ligneuses (Acer negundo, Robinia pseudoacacia et Rhamnus cathartica), tout en tenant compte de facteurs locaux tels que les propriétés du sol, l'espace et la diversité alpha (taxonomique, fonctionnelle et phylogénétique) de la communauté herbacée résidente. Le troisième objectif fut d'élucider la relation entre les mycorhizes à arbuscules (MA) et le fitness des semis d'Acer rubrum. Ce dernier objectif comprenait également l'évaluation de l'influence sur le fitness des semis d'Acer rubrum de plusieurs facteurs, tels que les mélanges d’herbacées initiaux, l'abondance de la couverture, les propriétés du sol, ainsi que la densité et la richesse des couvertures végétales au sol et en surface. Pour atteindre ces objectifs, nous avons réalisé trois expériences : une expérience de diversité en conditions contrôlées dans une friche régulièrement fauché, une expérience de diversité en conditions de terrain et une expérience de rétroaction plante-sol en serre. Nos résultats ont mis en évidence que, dans des conditions contrôlées, les mélanges diversifiés et certaines espèces telles que Achillea millefolium et Solidago canadensis sont les moteurs d'une plus grande efficacité dans la prévention de l'établissement des arbres (c'est-à-dire Acer rubrum et Betula populifolia). Cependant, dans des conditions réelles de terrain et sur différentes espèces ligneuses colonisatrices (Acer negundo, Robinia pseudoacacia et Rhamnus cathartica), une revégétalisation réussie nécessite de prendre en compte à la fois l'efficacité des mélanges dans des conditions idéales et leur polyvalence écologique. Nos principales conclusions ont également mis en évidence que l'abondance relative des champignons mycorhiziens influençant la performance des semis d’Acer ne peut pas être prédite ni par les propriétés du sol ni par la structure de la communauté herbacée sur le terrain. En plus, certains mycorhizes à arbuscules (Dominikia sp. et Ambispora sp.) peuvent être liées à des effets négatifs sur les espèces ligneuses (Acer rubrum). En résumé, les trois projets de recherche présentés dans cette thèse ont permis d'identifier des mécanismes écologiques pertinents affectant les espèces ligneuses tels que l'identité des espèces herbacées considérées dans les mélanges, le rôle de la versatilité écologique des espèces herbacées, l'influence de mécanismes multiples, ainsi que le rôle des champignons mycorhiziens. Les résultats de cette thèse sont sujet, évidemment, à certaines limitations expérimentales et méthodologiques à prendre en compte dans l’éventualité d’une utilisation en conditions réelles ou lors de travaux de recherche futures. Les recherches futures pourraient par exemple explorer ces limites et identifier des mécanismes supplémentaires pour améliorer l'efficacité des efforts de revégétalisation dans des contextes de revégétalisation écologique. / Herbaceous plant covers can be used not only to revegetate bare soil but also to inhibit tree encroachment in many managed and semi-natural grasslands. However, selecting the right species to build effective mixtures has posed challenges until now. Defining if the most effective herbaceous mixtures in diversity experiments can be applied in real field conditions and over different woody species is even another challenge posing incertitude in a revegetation plan. Addressing spatial, abiotic, and biotic mechanisms is also crucial to understanding how herbaceous covers and woody species interact. Taking this into account, the main objective of this thesis was to improve the choice of herbaceous species and to deepen our understanding of the biotic, abiotic and spatial mechanisms involved in the inhibition of woody species. The first objective of this thesis was to examine the contribution of herbaceous species composition and diversity (taxonomic and functional) against the establishment of two native woody species, Acer rubrum and Betula populifolia, over 3 years. The second objective was to evaluate the efficacy of herbaceous mixtures containing Achillea millefolium and Solidago canadensis under real field conditions to suppress woody establishment (Acer negundo, Robinia pseudoacacia and Rhamnus cathartica), while considering local factors such as soil properties, space and alpha diversity (taxonomic, functional and phylogenetic) of the resident herbaceous community. The third objective was to unravel the relationship between arbuscular mycorrhiza fungi (AMF) and Acer rubrum seedling fitness. This objective also included the evaluation of the influence of several factors on Acer rubrum seedling fitness, such as initial treatments, cover abundances, soil properties, as well as the density and richness of ground and surface vegetation covers. To tackle these objectives, we carried out three experiments: a diversity experiment under controlled conditions in a regularly mown old field, a diversity experiment under field conditions, and a greenhouse plant-soil feedback experiment. Our results highlighted that, in controlled conditions, diversified mixtures and certain species such as Achillea millefolium and Solidago canadensis as drivers of higher efficiency in preventing tree establishment (i.e. Acer rubrum and Betula populifolia). Yet, in real field conditions and over different woody species colonizers (i.e., Acer negundo, Robinia pseudoacacia and Rhamnus cathartica), successful revegetation requires considering both mixture effectiveness in ideal conditions and their ecological versatility. Our key findings also highlighted that the relative abundance of mycorrhizal fungi influencing the performance of Acer seedlings cannot be predicted by either soil properties or the structure of the herbaceous community in the field. Additionally, certain arbuscular mycorrhiza (i.e., Dominikia sp. and Ambispora sp.) can be linked to negative effects on woody species (i.e., Acer rubrum). In summary, the three research projects presented in this thesis allowed the identification of relevant ecological mechanisms affecting woody species such as the identity of the herbaceous species considered in the mixtures, the role of the ecological versatility of herbaceous species, the influence of multiple mechanisms, as well as the role of mycorrhizal fungi. The results of this thesis have experimental and methodological limitations that must be considered when used in real-life conditions or future research. Further research could explore these limitations and identify additional mechanisms to improve the effectiveness of revegetation efforts in ecological contexts.

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.