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Thèse Année : 2023

Diversity, resilience and functionality of ectomycorrhizal communities in urban soil : from molecular diagnostic to urban planning

Diversité, résilience et fonctionnalité des communautés ectomycorhiziennes dans les sols urbains : du diagnostic moléculaire à l'aménagement urbain

Louise Authier
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1401984
  • IdRef : 279391722

Résumé

In urban ecosystems – such as parks, trees alignments or industrial wastelands – the composition of ectomycorrhizal communities and its capacity to establish interactions with plants remains poorly documented. However, in the Mediterranean biome, the vast majority of trees and shrubs of urban ecosystems are ectomycorrhizal host plants. Ectomycorrhizal fungi highly contribute to plant establishment, growth and survival through promoting nutrient and water assimilation of nutrients and water by plants. Consequently, ectomycorrhizal fungi are ideal candidates for the development of innovative methods for designing “living soils” at the base of longer-lived plant communities.This PhD project emerges from a societal request and is conducted in close cooperation between fundamental research in community ecology, landscape architecture and public planning engineering. It is based on a molecular analysis of fungal reservoirs in urban soils to develop restoration methods of degraded urban soils and build resilient green spaces. During this work, we first analyzed the scientific corpus available on ectomycorrhizal interaction networks, and more particularly analyzed the state of the art of interactions described in urban soils. We questioned the current limits of metabarcoding methods for the analysis of ectomycorrhizal communities. In a third part, we analyzed the composition of the ectomycorrhizal fungal inoculum present in urban soils excavated after 70 years of sealing. Under the perspective of ecological restoration of such soils, we developed a fungal community inoculation technique based on the addition of a fraction of soil from adjacent natural ecosystems. Three major results emerge from this work:1) In natural ecosystems, the academic corpus on common mycorrhizal networks mainly comes from forest ecosystems. The successional stage of shrubland and anthropized ecosystems having been little regarded.2) Optimal use of metabarcoding to describe the composition of ectomycorrhizal fungal communities could rely on a compromise combining 1) a high number of environmental samples (soils, roots) in order to integrate the patchiness of the communities and 2) a depth modest sequencing, in order to optimize the tool's ability to characterize communities on a reduced number of reads.3) The residual ectomycorrhizal spore bank in sealed soils host degraded ectomycorrhizal communities that are still capable to establish mutualistic interactions with plants after 70 years of isolation in sealed soils. The efficiency of fungal inoculation through the transfer of a fraction of soil from adjacent natural environments was assessed by the effective mobilization of shrublands ectomycorrhizal propagules by seedlings.From an operational perspective, this work highlights the importance of the belowground biotic component of urban ecosystems –and the plant-fungus interactions established in the soil. The restoration of urban soils through the re-inoculation of ectomycorrhizal propagules in the substrate can support the development of long-lived plant communities in vegetated urban areas. This thesis proposes fundamental and applied research avenues to improve our knowledge of the ecology of ectomycorrhizal fungi based on in situ experimentation in cities. It demonstrates the need for reflection on several scales of the landscape, involving the diversity of actors involved in the urban environment.
Dans les écosystèmes urbains – tels que les parcs, les alignements d’arbres ou encore les friches industrielles – la composition des communautés ectomycorhiziennes et sa capacité à établir des interactions avec les plantes reste peu documentées. Pourtant, en Méditerranée, une vaste gamme d’arbres et d’arbustes peuplent les écosystèmes urbains, en interaction avec des champignons ectomycorhiziens. Ces organismes favorisent l’assimilation des nutriments et de l’eau par les plantes, contribuant à leur survie. Ce rôle central assuré par les champignons ectomycorhiziens pour le compte des plantes en fait des candidats privilégiés pour le développement de méthodes innovantes de conception de « sols vivants » à la base de communautés végétales plus longévives.Cette thèse CIFRE est née d’une demande sociétale, et constitue la concrétisation d’une coopération étroite entre la recherche fondamentale en écologie des communautés, l’architecture des paysages et l’ingénierie de l’aménagement public. Elle s’appuie sur une analyse moléculaire des réservoirs fongiques des sols urbains pour concevoir des itinéraires techniques de restauration de sols dégradés d’une part, et de conception d’espaces verts résilients d’autre part. Au cours de ce travail, nous avons tout d’abord analysé le corpus scientifique disponible sur les réseaux d’interaction ectomycorhiziens, et analysé plus particulièrement l’état de l’art des interactions décrites dans les sols urbains. Nous avons ensuite questionné les limites actuelles des méthodes métabarcoding pour la caractérisation des communautés ectomycorhiziennes. Dans un troisième volet, nous avons analysé la composition de l’inoculum fongique ectomycorhizien présent au sein de sols urbains excavés après 70 ans de scellement. Nous avons développé une technique d’inoculation de la communauté fongique basée sur l’addition d’une fraction de sol issu des communautés des milieux adjacents pour la restauration écologique de tels sols. Trois résultats majeurs émergent de ce travail :1) Dans les écosystèmes naturels, les connaissances sur les réseaux d’interactions ectomycorhiziens sont principalement issues d’écosystèmes forestiers, les stades successionnels arbustifs et les écosystèmes anthropisés ayant fait l’objet de peu de travaux.2) Une utilisation optimale du métabarcoding pour décrire la composition des communautés fongiques ectomycorhiziennes pourrait s’appuyer sur un compromis associant 1) un nombre élevé d’échantillons environnementaux (sols, racines) afin d’intégrer la patchiness des communautés et 2) une profondeur modeste de séquençage, afin d’optimiser la capacité de l’outil à caractériser les communautés sur un nombre réduits de lectures.3) La banque de spores ectomycorhizienne résiduelle des sols scellés est pauvre en espèces, mais capable de s’établir sur les racines des végétaux après 70 ans d’isolement en sol scellés. La pratique d’inoculation d’une fraction de sol issue des milieux naturels adjacents montre des résultats prometteurs avec une mobilisation efficace par les plantules des communautés fongiques issues des garrigues.Sur le plan appliqué, ce travail met en lumière l’importance de la composante souterraine des écosystèmes urbains, et des interactions plantes – champignons qui s’y déroulent. La réhabilitation de sols urbains par la ré-inoculation de substrats permet d’assister le développement des communautés végétales des espaces végétalisés en ville. Plus largement, cette thèse propose des pistes de recherche fondamentales et appliquées afin d’améliorer notre connaissance de l’écologie des champignons ectomycorhiziens basée sur l’expérimentation in situ en ville. Elle démontre aussi la nécessité d’une réflexion à plusieurs échelles du paysage, impliquant la diversité des acteurs impliqués dans le milieu urbain.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04648543 , version 1 (15-07-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04648543 , version 1

Citer

Louise Authier. Diversité, résilience et fonctionnalité des communautés ectomycorhiziennes dans les sols urbains : du diagnostic moléculaire à l'aménagement urbain. Parasitologie. Université de Montpellier, 2023. Français. ⟨NNT : 2023UMONG041⟩. ⟨tel-04648543⟩
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