Mycorrhizal symbioses in epiphytic orchids
Symbioses mycorhiziennes des orchidées épiphytes
Résumé
Almost 90% of terrestrial plants associate with mutualistic fungi in their roots, forming symbiotic associations called mycorrhizas. Mycorrhizas have a nutritional role for both partners: fungi improve the hydro- mineral nutrition of their host and obtain in return sugars from the plant photosynthesis. Orchids form mycorrhizal symbioses with a polyphyletic group of fungi in the Basidiomycota whose ecology is far from being well understood. Orchids have the particularity to produce microscopic, dust-like seeds which do not contain reserve and therefore need the presence of a compatible fungus to germinate. Thus, the orchid-mycorrhizal fungus interaction is of particular interest since the distribution of the fungal partners can influence those of their plant hosts, and conversely.
These symbioses have been mainly investigated in temperate, terrestrial ecosystems. Yet, the majority of orchid species are epiphytic, meaning that they germinate and root on the bark of tropical trees. Their mycorrhizal fungi colonize the surrounding bark, but their ecology needs further investigations.
This thesis aims to better understand the relationships between epiphytic orchids and their fungal partners. For this purpose, we studied fungal communities in the roots of epiphytic orchids and in the surrounding bark by metabarcoding approaches (i.e., amplification and sequencing of microbial communities) and isolation of fungal strains. We studied several species of epiphytic orchids thriving in tropical rainforests of Brazil and of La Réunion. We address the following questions: what is the distribution of mycorrhizal fungi on the bark of tropical trees? Can the fungal partners mediate indirect plant-plant interactions, forming epiphytic mycorrhizal networks? Can the mycorrhizal fungi explain the spatial distribution of a given orchid species?
Finally, the analytic tools and methods are applied to the study of the cultivated vanilla in order to describe, for the first time, its mycorrhizal communities in La Réunion island.
Près de 90% des plantes terrestres forment des associations symbiotiques avec des champignons au niveau de leurs racines, appelées mycorhizes. Les mycorhizes ont une fonction essentiellement nutritive : les champignons améliorent les capacités d’absorption en eau et en nutriments de la plante et reçoivent en retour des sucres issus de sa photosynthèse. Les orchidées forment des symbioses mycorhiziennes avec un groupe polyphylétique de champignons au sein des Basidiomycètes dont l’écologie reste encore mal connue. Elles ont la particularité de former des graines microscopiques et dépourvues de réserves, qui nécessitent la présence d’un champignon compatible pour germer. Ainsi, le modèle mutualiste orchidée-champignon mycorhizien est particulièrement intéressant car la distribution des champignons peut influencer celle de leurs plantes hôtes, et réciproquement.
Ces symbioses ont été essentiellement étudiées en milieux tempérés et terrestres ; pourtant la majorité des orchidées sont épiphytes et vivent sur l’écorce des arbres tropicaux. Leurs champignons mycorhiziens colonisent alors l’écorce, mais leur écologie reste également mal connue.
Les travaux de cette thèse visent à mieux comprendre les relations entre les orchidées épiphytes et leurs partenaires fongiques. Nous avons étudié les communautés fongiques de racines d’orchidées épiphytes et de l’écorce environnante par des méthodes de metabarcoding environnemental (amplification et séquençage des communautés microbiennes) et d’isolements de souches fongiques. Ces travaux portent sur diverses espèces d’orchidées épiphytes de forêts tropicales humides au Brésil et sur l’île de La réunion.
Les questions abordées sont les suivantes : où sont distribués les champignons mycorhiziens sur l’écorce des arbres tropicaux ? Existe-t-il des réseaux d’interactions entre plantes épiphytes médiés par les partenaires fongiques ? La distribution spatiale d’une espèce d’orchidée peut-elle être expliquée par celle de ses champignons ?
Enfin, les outils et méthodes d’analyses sont appliqués au cas de la vanille cultivée, de manière à décrire, pour la première fois, les communautés mycorhiziennes de cette espèce sur l’île de La Réunion.
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