Les traits foliaires (composition chimique et propriétés spectrales) nous renseignent-ils sur le type de partenaire mycorhizien ?

Are leaf chemical and spectral traits integrators of mycorrhizal fungal-plant associations?

• Auteur / Autrice : Thomas Guzman
• Direction : Lisa Wingate
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biogéochimie et écosystèmes
• Date : Soutenance le 30/03/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interactions sol plante atmosphère (INRA Bordeaux-Aquitaine)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Rolin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Jay
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ducan Cameron, Amy Zanne, Vincent Jassey

Mots clés

Mots clés contrôlés

Symbiose

Mycorhizes

Relations plante-champignon

Mots clés libres

Champignons mycorhiziens

Traits foliaires

Métabolomes

Couleurs des feuilles

Tanins

Réflectance spectrale

Mycorrhizal fungi

Leaf traits

Metabolomes

Leaf colour

Tannins

Spectral reflectance

Résumé

Les champignons mycorhiziens forment des associations symbiotiques avec les plantes. Les différentes stratégies d'acquisition des nutriments des champignons arbusculaires (AM) et ectomycorhiziens (EM) reflètent et déterminent la qualité de la litière de feuilles et des cycles biogéochimiques dans les écosystèmes. Dans le cadre de cette thèse, les métabolomes et spectranomes foliaires de 32 espèces d'arbres ont été mesurés pour distinguer les différences de traits biochimiques et spectraux des arbres associés aux champignons AM et EM afin de mieux comprendre comment et pourquoi le métabolisme des plantes et des champignons a évolué dans ces différents systèmes symbiotiques. Pour la première fois, il a été démontré que les profils métaboliques des feuilles diffèrent significativement entre différents types fonctionnels de plantes (PFT) et que les espèces d'arbres associées aux champignons AM ou EM ont des métabolomes foliaires distincts les uns des autres. Les métabolites de la voie des phénylpropanoïdes, en particulier les flavonoïdes, mais également la phytohormone acide abscissique, ont été identifiés comme particulièrement importants pour distinguer les types de partenaires mycorhiziens des espèces d'arbres. La couleur et les profils de réflectance spectrale des feuilles se sont également avérés différer significativement chez ces espèces d'arbres en fonction de leur association mycorhizienne pour la première fois. Cette approche intégrée mêlant métabolomique et spectranomique décrit la diversité des métabolites végétaux affectant la qualité de la litière au sein des phylogénies végétales et identifie ceux qui peuvent être d'une importance particulière afin de comprendre la co-évolution des différents types de champignons mycorhiziens avec certains groupes d'espèces d'arbres. Enfin, le potentiel et les contraintes des signaux spectraux aériens acquis à grande échelle pour servir d’indicateurs optiques des associations mycorhiziennes des plantes et des fonctions souterraines sont discutés.

Mycorrhizal fungi form symbiotic relationships with plants. Differences in the nutrient acquisition strategies of arbuscular (AM) and ectomycorrhizal (EM) fungal types reflect and determine leaf litter quality and biogeochemical cycling in ecosystems. In this thesis, the leaf metabolomes and spectranomes of 32 tree species were measured to distinguish differences in biochemical and spectral traits of AM and EM associated trees to understand better how plant and fungal metabolism has evolved in these different symbiotic systems and why? For the first time the metabolic fingerprints of leaves are shown to differ significantly between different plant functional types (PFTs) and that tree species that associate with AM or EM fungi have different metabolomes that are distinct from one another. Metabolites from the phenylpropanoid pathway especially flavonoids and the phytohormone abscisic acid were identified as important for distinguishing the mycorrhizal preferences of tree species. Leaf colour and spectral reflectance fingerprints were also shown to differ significantly in tree species according to their mycorrhizal associations for the first time. This integrated metabolomic and spectranomic approach describes the diversity of plant metabolites that affect litter quality within plant phylogenies and identifies those that may be of special importance in understanding the co-evolution of different mycorrhizal fungal types with certain groups of tree species. Finally, the potential and constraints of aboveground spectral signals acquired at the large scale to serve as optical surrogates of plant mycorrhizal associations and belowground function are discussed.