Étude de la diversité mycorhizienne associée à la rhizosphère de plantes poussant spontanément dans un des bassins d'un site hautement contaminé par des hydrocarbures pétroliers

Abstract

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) appartiennent au phylum Glomeromycota. Ces champignons forment une association symbiotique (obligatoire pour les champignons) avec plus de 80 % des espèces de plantes vasculaires, incluant la plupart des plantes cultivées. Cette symbiose mycorhizienne arbusculaire, très répandue dans la nature, a été retrouvée dans presque tous les écosystèmes terrestres aussi bien dans des déserts chauds et froids que dans des forêts tropicales ou tempérées. L’emploi d’outils de biologie moléculaire et des fossiles ont permis d’estimer la date de l’origine de la symbiose mycorhizienne arbusculaire à environ 450 millions d’années avant notre ère. Cette date coïncide avec l’apparition des premières plantes terrestres primitives. Il existe plusieurs types de mycorhizes impliquant différents champignons et différentes plantes hôtes. Ces différents faits suggèrent que les plantes vasculaires et les champignons mycorhiziens à arbuscules ont co-évolué, et que les Glomeromycota ont influencé la capacité des plantes à coloniser le milieu terrestre. Plusieurs études ont montré que les contaminants organiques peuvent influer négativement cette relation mutuellement bénéfique qu'entretiennent la plante et le champignon conduisant à une diminution de la croissance du CMA mais aussi à une modification des interactions au sein de la communauté de CMA elle-même. Ainsi, mon projet de maîtrise vise à quantifier la diversité mycorhizienne arbusculaire de deux espèces de plante Eleocharis obtusa et Panicum capillare qui poussent dans un bassin hautement contaminé par des hydrocarbures pétroliers de façon très hétérogène et étudier les structures des communautés des CMA dans des échantillons de sol rhizosphérique et de racines de celles-ci. L'un des résultats important de mon étude est la découverte d’une très grande diversité des CMA associés à E. obtusa et P. capillare dans ce milieu contaminé. En effet, pas moins de 26 unités taxonomiques opérationnelles (OTU) de champignons mycorhiziens à arbuscules ont été recensés. La quasi-totalité des familles de Glomeroycota sont représentées à l'exception de Ambisporaceae, Geosiphonaceae et Pacisporaceae. Ainsi, le genre Diversispora domine la communauté des CMA par son abondance relative, cependant le genre Claroideoglomus est le plus abondant des genres des CMA. Ensuite, mon projet a déterminé l'influence de la plante hôte sur la composition de la communauté de CMA. D'après l'analyse de la diversité alpha, les plantes présentent une structure de diversité différente. Les valeurs de Local Contributions to beta Diveristy (LCBD) élevées étaient souvent liées à un site avec un grand nombre de taxons de CMA. En utilisant une analyse en composante principale (ACP), j’ai constaté que les échantillons récoltés en 2011 auraient sensiblement la même composition en OTU. J’ai pu observer également une variation de la communauté des OTU de CMA d'une année à l'autre pour les plantes. La rhizosphère des plantes récoltées la même année avait une communauté d'OTU similaire globalement, pourtant au niveau racinaire, j’ai observé une spécificité chez des certains OTU. Cette étude fournit une vue d’ensemble de la diversité des CMA associés à des végétaux localisés dans les sédiments très polluées. Elle suggère aussi que les CMA peuvent être des candidats microbiens potentiellement importants dans la restauration des sols contaminés par le pétrole.

The arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) belong to phylum Glomeromycota, a group of early divergent fungal lineage. These fungi form a mutualistic symbiotic association with more than 80% of vascular plant species, including most important crops. The arbuscular mycorrhizal symbiosis is widespread and has been found in almost all terestrial ecosystems on earth such as hot and cold deserts, as well as tropical and temperate forests. The use of molecular biology tools and fossil records dated back the origin of arbuscular mycorrhizal symbiosis to 460 million years ago, which coincides with the emergence of terrestrial plants. There are several types of mycorrhizas depending on fungal groups and host plants. It has been suggested that vascular plants and AMF have co-evolved and that Glomeromycota helped plant ancestors to colonize the land. It has been reported that organic contaminants can negatively impact this mutually beneficial symbiosis between plant and fungi reducing the growth of the AMF and changing the structure of AMF communities. The objective of my master project was to determine the diversity of arbuscular mycorrhizal fungi associated with two plant species, Eleocharis obtusa and Panicum capillare, which spontaneously growing a highly petroleum hydrocarbons contaminated basin with an heterogeneous pattern of contamination, and to describe the structures of their communities in their rhizosphere soils and roots. My results revealed an unexpected high diversity of AMF OTUs associated with two plant species. Indeed, we identified 26 OTUs of AMF. This diversity covered the most important families of Glomeroycota except Ambisporaceae, Geosiphonaceae and Pacisporaceae. Genus Diversispora dominated the AMF community by its relative abundance, however the genus Claroideoglomus was the most represented in the samples. My study determined the influence of the host plant on the composition of the AMF community. Based on the analysis of the α diversity, we found that the rhizospheric soil and root samples showed different community structures between the two plants species. β diversity analysis showed that high Local Contributions to β Diveristy (LCBD) values (high uniqueness of species composition) were often linked to the sample with a large number of AMF taxa. Using a principal component analysis (PCA), we found that the samples collected in 2011 have approximately the same composition of OTUs. It is likely that a turnover of AMF OTU and 4 plants may occur from one year to another. This study provides an overview of the diversity of AMF associated with plants located in heavily polluted sediments. It also suggests that AMF may be potentially important microbial candidates in the remediation of oil-contaminated soils.