Linking the population genetics and ecology of arbuscular mycorrhizal fungi

Resume Les champignons endomycorhiziens arbusculaires (CEA) ont co-evolue avec les plantes terrestres depuis plus de 400 millions d'annees. De nos jours, les CEA forment une symbiose avec les racines de la majorite des plantes terrestres. Les CEA sont ecologiquement importants parce qu'ils influencent non seulement la croissance des plantes, mais aussi leur diversite. Les CEA sont des biotrophes obligatoires qui recoivent leur energie sous forme de glucides issus de la photosynthese des plantes. En contrepartie, les CEA apportent a leurs hotes du phospore. Les CEA croissent et se reproduisent clonalement en formant des hyphes et des spores. De plus, les CEA sont coenocytiques et multigenomiques; le cytoplasme d'un CEA contient des noyeaux genetiquement differents. De nombreuses etudes ont demontre que differentes especes de CEA agissent differentiellement sur la croissance des plantes. Malgre une conscience de plus en plus forte de l'existence d'une variabilite intraspecifique, la question de savoir si les populations de CEA sont genetiquement variables a ete largement negligee. Dans le Chapitre 2, j'ai cherche a savoir si une population de CEA provenant d'un seul champ possede une diversite genetique. Cette etude a mis en evidence une importante variation genetique et phenotypique au sein d'individus de la meme population. Des differences au niveau de traits de croissance, heritables et lies a la valeur selective, indiquent que la variation genetique observee entre isolats n'est pas entierement neutre. Dans le Chapitre 3, je montre que les differences genetiques entre isolats de CEA d'une population provoquent de la variation dans la croissance des plantes. L'effet des isolats depend des conditions environnementales et varie de benefique a parasitique. Dans le Chapitre 4, je montre que des traits de croissance de CEA varient significativement dans des environnements contrastes. J'ai detecte de fortes interactions entre differents genotypes de CEA et differentes especes de plantes. Ceci suggere que dans un environnement heterogene, la selection pourrait localement favoriser differents genotypes de CEA, maintenant ainsi la diversite genetique dans la population. Les resultats de ce travail aident a mieux comprendre l'importance ecologique de la variation intraspecifique des CEA. La possibilite de pouvoir cultiver des individus d'une population de CEA au laboratoire nous a permis une meilleure comprehension de la genetique de ces champignons. De plus, ce travail est une base pour de futures experiences visant a comprendre l'importance evolutive de la diversite intraspecifique des CEA. Abstract Arbuscular mycorrhizal fungi (A1VIF) have co-evolved with land plants -for over 400 million years. Today, AMF form symbioses with roots of most land plants and are ecologically important because they alter plant growth and affect plant diversity. AMF are obligate biotrophs, obtaining their energy in form of plant-derived photosynthates. In return,- they supply their host plants with phosphorous. These fungi grow and reproduce clonally by hyphae and spores. They are coenocytic and multigenomic, harbouring genetically different nuclei in a common cytoplasm. Many studies have shown different AMF species differentially alter plant growth. Despite the increasing awareness of intraspecific variability the question whether there is any genetic variation among different individuals of the same population has been largely neglected. In Chapter 2, we investigated whether there is genetic diversity in a field population of the AMF G. intraradices. This work revealed that large genetic and heritable phenotypic variation exists in this AMF population. Differences in fitness-related growth traits among isolates suggest that some of the observed genetic variation is not selectively neutral. In Chapter 3, we show that genetic differences among isolates from the same population also cause variation in plant growth. The isolate effects on plant growth depended on the environmental conditions and varied from beneficial to detrimental. In Chapter 4, fitnessrelated growth traits of genetically different isolates were significantly altered in contrasting environments. we detected strong AMF isolate by host species interacfions which suggests that in a heterogeneous environment selection could locally favour different AMF genotypes, thereby maintaining high genetic diversity in the population. The results of this work contribute to the understanding of the ecological importance of intraspecific diversity in AMF. The possibility of culturing individuals of an AMF field population under laboratory condition gave new insights into AMF genetics and lays a foundation for future studies to analyse the evolutionary significance of intraspecific genetic diversity in AMF.