Lipidomique écologique: rôle du métabolisme stérolique des champignons dans la prolifération des scolytes chez les conifères.

Ecological lipidomics: role of fungal sterol metabolism in bark beetle proliferation in conifers.

• Auteur / Autrice : Carla Vandekerkhove
• Direction : Sylvain Darnet, Mélanie Morel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie et écologie des forêts et des agrosystèmes
• Date : Inscription en doctorat le 04/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IAM - Interactions Arbres Microrganismes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Réponse au stress & régulation redox

Mots clés

Mots clés libres

Mycologie

Biologie forestière

Biologie Moléculaire

Physiologie

Métabolisme

Lipides

Molecular Biology

Lipids

Physiology

Forest Biology

Mycology

Metabolism

Résumé

Dans le cycle de reproduction des scolytes, la colonisation des arbres est une étape importante.  Cette colonisation est favorisée par des champignons qui libérent des monoterpènes volatils et attractifs pour les insectes (Kandasamy et al., 2023). La présence de champignons dans les arbres inféodés par les scolytes est confirmée mais la question de savoir si les champignons sont disséminés par les scolytes, en tant qu'exosymbiontes, ou s'ils ont colonisé préalablement les arbres affaiblis par des périodes de sécheresse, reste ouverte (Jankowiak et al., 2019 ; Netherer et al., 2004 ; Linnakoski et al., 2010). Les bois scolytés sont colonisés par des champignons, notamment du genre Ophiostoma, résultant souvent en un bleuissement du bois bien décrit par les forestiers (Saintongea et al., 2021). On cite trois rôles majeurs pour ces champignons : i) le premier rôle est la mise en place d'une signalisation chimique chez les arbres affaiblis, favorisant l'installation des scolytes. A noter, ces champignons généralement associés aux scolytes ont une pathogénie qualifiée de faible et une forte capacité de colonisation de l'arbre par les vaisseaux. ii) le deuxième rôle des champignons est la détoxication et/ou dégradation/métabolisation des molécules de défense produites par la plante (Six et Wingfield, 2011), permettant de créer un environnement compatible avec le développement des larves de scolytes au sein de l'arbre. iii) Le troisième rôle des champignons associés aux conifères est vital pour les insectes : en effet, les stérols du champignon, ou mycostérols (‘fungisterols'), sont consommés par les insectes et constituent des précurseurs obligatoires pour la synthèse d'hormones de mue et métamorphose. Le projet de thèse a pour but de comprendre comment les champignons remodèlent le stérolome et favorisent le développement et la reproduction des insectes sous l'écorce, en caractérisant le stérolome d'un résineux sain ou colonisé par des champignons associés aux scolytes. L'expérimentation proposée est basée sur la mise en place d'un modèle d'étude à l'échelle de l'arbre, pour l'écologie chimique, et à l'échelle des organismes étudiés, pour le métabolisme stérolique et la physiologie moléculaire. A l'échelle globale de l'écosystème ‘phloème', l'étude des communautés de microorganismes sera effectué par des approches de métagénomique et la composition chimique du phloème (ou stérolome) par des techniques de métabolomique. Une approche moléculaire ciblée sur les organismes permettra de caractériser le métabolisme stérolique et sa régulation au sein de chaque organisme, conifère, champignons, scolyte, pour comprendre les contributions respectives dans le remodelage du stérolome. Les résultats permettront des avancées sur la compréhension du rôle des stérols dans l'interaction entre organismes et la spécificité d'hôte, et pourraient aboutir à formuler des préconisations voire de méthodes de lutte intelligente pour contrer la dégradation massive des peuplements de conifères.

In the reproductive cycle of bark beetles, the colonization of trees is an important step. A recent study shows that there is an attraction as soon as the healthy tree is colonized by fungi, the latter releasing volatile and attractive monoterpenes (Kandasamy et al., 2023). This work confirms the presence of fungi in trees affected by bark beetles, but reopens the debate on the question of whether the fungi are disseminated by bark beetles, as exosymbionts, or if they have previously colonized trees weakened by periods of drought (Jankowiak et al., 2019; Netherer et al., 2004; Linnakoski et al., 2010). Bark beetle wood is colonized by fungi, particularly of the Ophiostoma genus, often resulting in a blue stain on the wood well described by foresters (Saintongea et al., 2021). Three major roles are cited for these fungi: i) the first role is the establishment of chemical signaling in weakened trees, favoring the establishment of bark beetles. It should be noted that these fungi, generally associated with bark beetles, have a low pathogenesis and a high capacity for colonization of the tree by the vessels. ii) the second role of fungi is the detoxification and/or degradation/metabolization of defense molecules produced by the plant (Six and Wingfield, 2011), making it possible to create an environment compatible with the development of bark beetle larvae within the tree. iii) The third role of fungi associated with conifers is vital for insects: indeed, the sterols of the fungus, or mycosterols ('fungisterols'), are consumed by insects and constitute obligate precursors for the synthesis of moulting hormones and metamorphosis. The aim of the thesis project is to characterize the sterol of a healthy softwood colonized by fungi associated with bark beetles. The objective is to understand how fungi remodel the steroloma and promote the development and reproduction of insects under the bark. The proposed activities are based on the establishment of a study model at the scale of the tree, for chemical ecology, and at the scale of the organisms studied, for sterol metabolism and molecular physiology. At the global scale of the ‘phloem' ecosystem, the study of communities of microorganisms will be carried out using metagenomics approaches and the chemical composition of the phloem (or sterolome) using metabolomics techniques. An organism-targeted approach will make it possible to characterize the sterol metabolism of each organism, conifer, fungi, bark beetle, to understand the respective contributions in sterol remodeling. The results will allow progress on the role of sterols in the interaction between organisms and host specificity and could lead to the formulation of recommendations or even intelligent control methods to counter the massive degradation of conifer stands.