Cassava is considered a food security crop because yields fluctuate less during periods of environmental perturbation than cereal crops. Besides, it feeds almost a billion people daily. The plant is highly dependent on Arbuscular Mycorrhizal Fungi (AMF) for its growth and nutrient acquisition. AMF act as extension of root system absorbing nutrients including phosphorus (P). Among AMF, Rhizophagus irregularis has previously demonstrated to increase yields of cassava.
R. irregularis exists as dikaryons and homokaryons. This intraspecific genetic variation has shown to greatly alter plant growth in sterile conditions. However, there was little knowledge about the agricultural potential of the intra-specific variation of AMF under farming conditions. In the first part of the thesis (chapter 2), I thus investigated the effect of natural genetic variation of R. irregularis on the productivity of cassava in field trials conducted at three locations in Africa. I found that clonal offspring of both dikaryon and homokaryon isolates of R. irregularis can lead to extremely large differences in cassava productivity. Dikaryon siblings can vary quantitatively but homokaryon siblings are identical. The AMF effect strongly depended on location and cassava variety. I demonstrated that genetic variation (and possible epigenetic variation) in AMF leads to crop production differences. In the second part (chapter 3), I evaluated effects of intra-specific genetic variation of R. irregularis on physiological responses of cassava to drought. Two experiments were performed, one under field conditions and the other in glasshouse conditions. I found that drought responses of plants can vary enormously among plants inoculated with different AMF isolates under either naturally occurring stress or induced stress. Finally, in the third part (Chapter 4), in field trials conducted in the same locations as chapter 2, I assessed the effect of different R. irregularis isolates on cassava responsiveness under different P levels. I found that the paradigm of inhibition of mycorrhizal symbiosis by increased P supply, which is well demonstrated in sterilized soil, is not always true in trials where a pre-existing AMF community and microbiome exist. I found that cassava benefit afforded by the inoculation is modulated by fungus and host identity under increased phosphorus supply. This thesis demonstrated that intra-specific variation in R. irregularis can be a major driver of the cassava productivity and plant physiological responses to drought. However, cassava response to AMF inoculation can be altered by different factors which are explained in detail in this study.
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Le manioc est considéré comme une culture de sécurité alimentaire car les rendements fluctuent moins pendant les périodes de perturbation environnementale que les cultures céréalières. En outre, il nourrit quotidiennement près d'un milliard de personnes. Cette plante dépend fortement des champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) pour sa croissance et acquisition de nutriments. Le CMA agit comme une extension du système racinaire absorbant les nutriments, y compris le phosphore (P). Il a été montré que parmi les CMA, Rhizophagus irregularis génère une augmentation des rendements de manioc. R. irregularis existe sous forme de dikaryons et d'homokaryons. Cette variation génétique intraspécifique a montré d’altérer considérablement la croissance des plantes en conditions stériles. Cependant, il y avait peu de connaissances sur le potentiel agricole de cette variation intraspécifique en conditions agricoles. Dans la première partie de la thèse, j'ai étudié l'effet de la variation génétique naturelle de R. irregularis sur la productivité du manioc lors d'essais sur le terrain menés sur trois sites en Afrique. J'ai trouvé que la progéniture clonale des isolats dikaryon et homokaryon de R. irregularis peut entraîner des différences extrêmement importantes dans la productivité du manioc. La fratrie dikaryonte peut varier quantitativement mais la fratrie homokaryonte est identique. L'effet du CMA dépende fortement de l'emplacement et de la variété de manioc. J'ai démontré qu’une variation génétique (et une variation épigénétique possible) chez le CMA conduit à des différences de production des cultures. Dans la deuxième partie, j'ai évalué les effets de la variation génétique intraspécifique de R. irregularis sur les réponses physiologiques du manioc à la sécheresse. Deux expériences ont été réalisées, l'une dans des conditions de terrain et l'autre dans des conditions de serre. J'ai constaté que les réponses des plantes à la sécheresse peuvent varier énormément entre les plantes inoculées avec différents isolats de CMA. Enfin, dans la troisième partie, lors d'essais sur le terrain, j'ai évalué l'effet de différents isolats de R. irregularis sur la réactivité du manioc a des différents doses de P. Le paradigme de l'inhibition de la symbiose mycorhizienne par l'augmentation de l'apport en P, qui est bien démontré dans des sols stérilisés, ne s’applique pas sur le terrain où une communauté CMA et un microbiome existent auparavant. J'ai constaté que les avantages procurés au manioc par l'inoculation sont modulés par le champignon et l'identité de l'hôte en raison d'un apport accru de phosphore. Cette thèse a démontré que la variation intraspécifique de R. irregularis peut être un moteur majeur de la productivité du manioc et des réponses physiologiques des plantes à la sécheresse. Cependant, la réponse du manioc à l'inoculation avec CMA peut être modifiée par différents facteurs qui sont expliqués en détail dans cette