L'épiphytisme en tant qu'écosystème fongique colonisé par les plantes vasculaires – EPIFUN

EPIFUN développe et utilise des techniques de séquençage à haut-débit des communautés de champignons totales et mycorhiziens plus spécifiquement. Ces techniques reposent sur un metabarcoding de la région ITS-2 chez les asco- et les basidiomycètes, ou d’une région variable du 18S chez les champignons endomycorhiziens (Glomeromycotina). Nous disposons d’un large éventail d’amorces oligonucléotidiques pour amplifier plus ou moins spécifiquement certains taxons fongiques, et pour les traiter en multiplex. En complément des techniques de séquençage, nous réalisons des coupes dans les racines des plantes tropicales, afin d’observer et de décrire ces nouvelles symbioses fongiques identifiées. Enfin, des études expérimentales sur la germination symbiotique des plantes épiphytes sur les arbres, ou sur le transfert d’éléments marqués via le réseau mycorhizien commun, viennent compléter nos recherches.

Durant les 18 premiers mois du projet, nous avons pu échantillonner et analyser les communautés fongiques sur plusieurs espèces d’arbres hôtes dans la forêt de Mare-longue à la Réunion, afin d’étudier les réseaux mycorhiziens dans ces habitats, et le rôle des communautés fongiques mycorhiziennes dans la préférence d’hôte de certaines orchidées épiphytes. Nous collaborons aussi avec des chercheurs nationaux et internationaux pour étudier l’écologie des végétations épiphytes, et leurs interactions avec les communautés microbiennes sur l’arbre, dans d'autres régions tropicales du globe. Nous avons récemment mis en évidence la structure spatiale des différents groupes fonctionnels de champignons (symbiotiques, pathogènes…) rencontrés sur l'écorce, et l'effet rhizosphère chez certaines orchidées épiphytes dans la forêt atlantique brésilienne.

Lorsque nous aurons analysé les données sur les réseaux mycorhiziens formés entre plantes et champignons épiphytes dans la forêt de Mare-longue, nous procéderons à des expériences de marquage isotopique de la photosynthèse, afin de tester si des transferts de carbone organique opèrent entre plantes épiphytes via le réseau mycorhizien commun, en particulier dans le cas des orchidées développent une symbiose fongique dès la germination des graines.

Petrolli, Remi, Conrado Augusto Vieira, Marcin Jakalski, Melissa F. Bocayuva, Clement Valle, Everaldo da Silva Cruz, Marc-André Selosse, Florent Martos, and Maria Catarina M. Kasuya. «A fine-scale spatial analysis of fungal communities on tropical tree bark unveils the epiphytic rhizosphere in orchids.« New Phytologist (2021). doi.org/10.1111/nph.17459

Les écologues spécialistes du milieu tropical ont depuis toujours été fascinés par l'abondance et la richesse des plantes vivant en épiphytes à la surface d’autres plantes où les nutriments font défaut, comme par exemple de très nombreuses orchidées et autres plantes de la famille de l’ananas (Bromeliaceae). Malgré cela, les raisons expliquant le succès de ce mode de vie, ainsi que la capacité qu’ont les espèces épiphytes à coexister sur un même arbre, restent encore peu comprises. Le microbiote des plantes, qu’il s’agisse de celui des épiphytes elles-mêmes ou de celui de l'arbre support, a potentiellement un rôle facilitateur dans la germination, la croissance et la coexistence des épiphytes. Le projet EPIFUN vise à répondre à cette question, à travers l’étude des champignons colonisant les racines d’épiphytes, y compris ceux formant des structures symbiotiques appelées mycorhizes.
EPIFUN a cinq objectifs scientifiques fondamentaux: (1) déterminer si la distribution spatiale à petite échelle des communautés fongiques sur la surface de l’écorce co-varie avec la présence des épiphytes; (2) déterminer si les champignons associés aux racines sont spécifiques de leurs hôtes épiphytes, ou s'ils présentent une "structure horizontale", c’est-à-dire dépendante de l’identité de l’arbre support, ou encore une "structure verticale", causée par les gradients environnementaux locaux du sol jusqu'à la cime des arbres; (3) tester expérimentalement si les champignons contraignent la distribution des épiphytes sur certains phorophytes, en particulier lorsqu'un symbiote fongique spécifique est requis pour la germination et le développement de la plante épiphyte; (4) évaluer si la coexistence d'espèces épiphytes sur une partie de l’arbre est réalisée par le biais d’une ségrégation versus d’un partage de champignons endophytes entre les racines, et si cette tendance est conservée le long d’un gradient de stress pour les épiphytes; enfin (5) déterminer si des épiphytes assimilent du carbone par voie fongique, via un réseau mycélien les reliant à d’autres épiphytes, ou aux tissues vasculaires de l’arbre support.
Au delà des objectifs précédents, EPIFUN vise à promouvoir le développement d’une nouvelle équipe de recherche au sein de son laboratoire, à savoir l’Institut de Systématique Evolution Biodiversité (UMR7205), travaillant sur la thématique porteuse du microbiote végétal, en particulier tropical. Le projet rassemble plusieurs chercheurs et ingénieurs dont les domaines d’expertises sont: (1) la taxonomie, la systématique et l’écologie végétale, en particulier des orchidées, fougères et lycophytes, permettant à l’équipe d’appréhender la diversité floristique dans les milieux tropicaux, en particulier à La Réunion et en Guyane française ; (2) la génomique environnementale et le métabarcoding fongique, afin d’identifier les communautés fongiques ; (3) la bioinformatique, la biostatistique et l’écologie des communautés pour analyser les données ; et enfin (4) l’expérimentation in situ (y compris le marquage isotopique) pour évaluer les liens fonctionnels qui existent entre épiphytes via leurs réseaux d’associations fongiques.
EPIFUN est un donc un projet pluridisciplinaire pour lequel un impact scientifique fort est attendu dans des disciplines aussi variées que la génomique environnementale, l'écologie tropicale, l'écologie fongique et mycorhizienne, l'écologie et la physiologie végétales, ainsi que la systématique des plantes et des champignons. EPIFUN s’investit à la fois dans la recherche, dans la formation des jeunes chercheurs à travers le recrutement de doctorants et d'un post-doctorant, et dans la diffusion des connaissances scientifiques. Enfin, le projet se veut attractif pour le grand public, et profitera de la fréquentation du Muséum national d'Histoire naturelle pour se faire connaître, tout en organisant des campagnes de sensibilisation dans les régions françaises où l’échantillonnage et les expérimentations auront lieu.