Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are endosymbionts of the vast majority of terrestrial plants species exchanging soil nutrient for plant carbohydrates. This symbiotic association evolved more than 600 Myrs ago and might have helped the colonization of land by plants. AMF have been shown to confer a large number of benefits to plants, such as resistance to drought, pathogens, salt and pollutants. They were also shown to be central in terrestrial ecosystems as AMF diversity was found to impact plant community diversity, structure and productivity. Up to now, AMF diversity was measured to around 348 virtual molecular taxa for approximately 200’000 host plants. It is surprising that during their long evolution, the AMF did not radiate in species number, as did their hosts. In the first part of the thesis, I thus investigated the possibility that AMF could hide more functional diversity than previously thought. A diversity that could have been hidden until now because traditional molecular methods used could have had a to low resolution. Therefore using double digested restriction-site associated DNA sequencing (ddRAD-seq) protocols on the model AMF, Rhizophagus irregularis, I found that ecologists probably underestimated the functional diversity of AMF. Indeed I found well-defined genetic groups within this model species with differential transcriptome expression and differences in phenotypic traits. I also confirmed the controversial results suggesting a low endemism of AMF. In the second part, I then tested the hypothesis that within species AMF diversity could be ecologically functional. The intra-specific diversity was then inoculated either as a single isolate inoculum or as a mix inoculum on simulated plant communities. I found that phylogenetically similar AMF tend to impact the plant community in the same way by more or less repressing the dominant plant of the community, thus, resulting in a change in resource partitioning among subordinate plants. In the third part I characterized the molecular interaction between within species functional AMF diversity and the globally important crop plant Manihot esculenta. By performing a dual-transcriptome sequencing experiment I was able to unravel important plant genes and fungal genes that could partly explain how the AM symbiosis could switch from one extreme to another along the symbiosis continuum, parasitic to mutualist. Finally I have also found that R. irregularis hosts a rare and probably parasitic endosymbotic bacterium adapted to the intracytoplasmic life. This thesis showed several plant and fungal factors explaining the variability in the outcome of this ecologically and agriculturally important symbiosis.
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Les champignons endosymbiotiques à arbuscules (CEA) forment une symbiose avec la vaste majorité des plantes terrestres en échangeant des nutriments du sol contre des sucres issus de la photosynthèse. Cette association à évolué il y a plus de 600 millions d’années et a pu être d’une grande aide pour la colonisation du milieu terrestre par les plantes. Il a été démontré que la symbiose avec CEA peut apporter de nombreux bienfait aux plantes, comme une meilleure résistance à la sécheresse, aux pathogènes, au sel ainsi qu’aux polluants. De plus, les CEA s’avèrent jouer un rôle central dans les écosystèmes de plantes de par le fait que la diversité des CEA influence leur diversité, leur structure ainsi que leur productivité. De nos jours, la diversité des CEA est évaluée à 348 espèces moléculaires, pour environ 200'000 plantes hôtes. Il est surprenant cependant, après une évolution aussi longue, que si peu d’espèces soient trouvées chez les CEA comparées à leurs plantes hôtes. La première partie de cette thèse m’a permis de tester l’hypothèse qu’il existe une diversité demeurée cachée chez les CEA, du fait que les méthodes moléculaires utilisées jusque là avaient une trop faible résolution. A travers l’utilisation d’un protocole ddRAD-seq sur l’espèce modèle des CEA, Rhizophagus irregularis, j’ai pu déterminer que les écologistes moléculaires sous-estiment très probablement leur diversité. En effet, j’ai identifié quatre groupes génétiques bien définis avec de fortes différences transcriptomiques ainsi que phénotypiques. Dans la foulée, ce travail confirme les résultats débattus sur le faible taux d’endémisme trouvé chez les CEA. Dans la deuxième partie de cette thèse j’ai voulu savoir si cette nouvelle diversité pouvait jouer un rôle écologiquement fonctionnel. J’ai donc inoculé cette diversité, soit sous la forme d’une seule souche soit sous la forme d’un mix de souches, sur des communautés de plantes simulées en serre. Il en résulte que des CEA phylogénétiquement similaires tendent à influencer dans le même sens les communautés de plantes en réprimant, plus au moins selon les clades, la dominance d’une plante et permettant ainsi un changement dans la répartition des ressources entre les plantes secondaires. Dans la troisième partie de cette thèse, je me suis intéressé à l’effet de cette diversité sur la réponse phénotypique et moléculaire d’une espèce de végétale, le manioc (Manihot esculenta), une plante agricole de grande importance alimentaire. Par le biais d’une expérience de double séquençage d’ARN, j’ai pu identifier des gènes de plantes et de champignons importants pour la symbiose qui pourraient expliquer comment cette symbiose passe de parasitique à mutualistique. Finalement, j’ai identifié une bactérie endosymbiotique complètement adaptée à la vie intracytoplasmique dans Rhizophagus irregularis. Cette thèse apporte de nombreux éléments permettant de mieux comprendre la variété d’interactions existant entre les CEA et les plantes ainsi que leurs communautés.