Understanding drought stress resilience in the Fagus sylvatica - Cenococcum geophilum ectomycorrhizal symbiosis | Contribution à l’étude de la résistance à la sécheresse édaphique chez le champignon ectomycorhizien Cenococcum geophilum et son hôte le Hêtre (Fagus sylvatica L.)

إنجليزي. Recently, extreme climatic events, such as extended drought periods, cause serious threats to forest ecosystems. These climate changes is leading to a decline in beech (Fagus sylvatica L.) populations across Europe. Developing forest management approaches to enhance the drought resistance of beech trees has become increasingly important. In this study, we investigated whether the genus Cenococcum, host generalist, worldwide spreading ectomycorrhizal fungus and present in extreme environments, can survive and support its host (especially European beech) to adapt to drought conditions. To study it, we screened Cenococcum isolates on medium with increasing water potential and identified a drought tolerant isolate. Then the transcriptome of this isolate under drought condition (mimicked by Polyethylene glycol (PEG) treatment) at different timepoints was investigated as well as its ability to recover after return to control condition. As early as six hours after PEG treatment, gene expression dramatically changed by inducing well-known adaptation pathways to osmotic stress and detoxification. Within two days after transferring the isolate back to the no drought treatment medium its transcriptome is similar to the non-treated. Since the isolate is drought tolerant and recovered fast after transfer to no drought stress condition, we tested whether controlled mycorrhization by this isolate in the greenhouse could improve the resistance of young beech trees to the suspension of irrigation. In our experiment controlled mycorrhization increased the survival rate of the young beech trees, but Cenococcum isolates present in the natural soil showed a better performance (higher colonization rates) then the selected strain, partly probably due to the short experimental time and the lack of new lateral roots formed. To be able to study the molecular mechanisms of drought tolerance in Cenococcum- European beech symbiosis, we started to develop an in vitro system. Unfortunately, all tested European beech lines have a low ability to form lateral roots and are poorly colonized by five ectomycorrhizal fungi tested. Although no typical ectomycorrhiza was formed, we detected an endophyte-like structure formed by Cenococcum in the roots of in vitro European beech. For future research, we suggest to screen for better rooting beech lines (Chapter 4) and to enlarge the number of Cenococcum isolates (Chapter 3 and 4) e.g. trapping locally adapted strains.

فرنسي. Ces dernières années, les événements climatiques extrêmes, en particulier les sécheresses printanières et estivales prolongées, représentent des risques importants pour les forêts, conduisant à des dépérissements qui touchent de nombreuses espèces. En particulier, ces changements climatiques entraînent une diminution des populations de hêtre (Fagus sylvatica L.) à travers l'Europe. Par conséquent, le développement de stratégies visant à renforcer la résilience des hêtres face à la sécheresse est devenu crucial. Notre recherche a exploré si Cenococcum geophilum, un champignon ascomycète ectomycorhizien cosmopolite, pouvait tolérer des conditions de sécheresse et aider ses plantes hôtes, en particulier le hêtre, à s'adapter au manque d'eau. Par criblage phénotypique de souches fongiques, nous avons identifié une souche de C. geophilum, potentiellement tolérante à la sécheresse, en testant la croissance des isolats sur un milieu de croissance contenant des concentrations accrues de polyéthylène glycol (PEG) comme substitut du stress hydrique du sol ; le PEG augmentant la pression osmotique des cellules. Nous avons ensuite analysé le transcriptome de cette souche cultivé sur PEG à différents intervalles et évalué la récupération de son expression génique après un retour aux conditions normales. Six heures après le traitement au PEG, l'expression génique a changé de manière spectaculaire, activant des voies connues d'adaptation au stress osmotique et de détoxification. Le transcriptome de l'isolat est revenu à son état initial deux jours après son transfert sur un milieu de culture dépourvu de PEG. Étant donné la tolérance de l'isolat à des changements majeurs de pression osmotique et sa récupération rapide, nous avons mené une expérience en serre pour déterminer si une inoculation mycorhizienne contrôlée avec cette souche pouvait améliorer la résistance des plantules de hêtre à la suspension de l'irrigation. Bien que la mycorhization contrôlée ait augmenté le taux de survie des semis, les isolats naturels de C. geophilum présents dans le sol des cultures ont surpassé notre souche sélectionnée, probablement en raison de la brève durée de l'expérience et de la formation limitée de nouvelles racines latérales. Pour approfondir les mécanismes moléculaires de la tolérance à la sécheresse de l'association symbiotique Cenococcum-Fagus, nous avons tenté de développer un système in vitro de culture reposant sur la micro-propagation de plantules de hêtre. Cependant, toutes les lignées de hêtre testées ont montré une formation réduite de racines latérales et de faibles taux de colonisation avec cinq champignons ectomycorhiziens, y compris C. geophilum. Bien qu'aucune ectomycorhize typique n'a pu être observé, nous avons mise en évidence par microscopie confocale la formation de structures intraradiculaires semblables à celles développées par les champignons endophytes. Pour de futures études, nous recommandons de sélectionner des lignées de hêtre avec de meilleures capacités d'enracinement (Chapitre 4) et d'élargir le nombre d'isolats de C. geophilum testés (Chapitres 3 et 4), en isolant des souches adaptées localement.