Spore communities of arbuscular mycorrhizal fungi and mycorrhizal associations in different ecosystems, south Australia

Communities of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) were surveyed in different South Australian ecosystems. The soil was wet-sieved for spore extraction, followed by the determination of presence and abundance of AMF species as well as the percentage of root colonization. Mycorrhizal associations were common and there was substantial fungal diversity in different ecosystems. Spores were most abundant in the permanent pasture system and less abundant under continuous wheat. The incidence of mycorrhizal associations in different plant species and the occurrence of Arum and Paris type colonization generally conformed with previous information. Spores of seventeen AMF were verified throughout seasonal changes in 1996 and 1997 in the permanent pasture and on four host species (Lolium perenne, Plantago lanceolata, Sorghum sp. and Trifolium subterraneum) , set up with the same soils under greenhouse conditions. Glomus mosseae was the dominant spore type at all sampling times and in all trap cultures. Mycorrhizal diversity was significantly affected by different sampling times in trap cultures but not in field-collected soil. P. lanceolata, Sorghum sp. and T. subterraneum as hosts for trap cultures showed no differences in richness and diversity of AMF spores that developed in association with their roots. Abundance and diversity were lowest, however, in association with L. perenne , particularly in December 1996. Results show that the combination of spore identification from field-collected soil and trap cultures is essential to study population and diversity of AMF. The study provides baseline data for ongoing monitoring of mycorrhizal populations using conventional methods and material for the determination of the symbiotic effectiveness of AMF key members.

Essais en plein champ avec du blé génétiquement modifié résistant à l'oïdium

Les bénéfices et les risques environnementaux du blé de printemps génétiquement modifié (GM), plus résistant à l'oïdium, ont été étudiés sur deux sites en plein champ de 2008 à 2010, dans le cadre d'un réseau de groupes de recherche suisses. Les lignées de blé GM, possédant une résistance spécifique à l'oïdium et aux maladies fongiques en général, ont été comparées à des variétés de blé commercialisées, à des lignées témoins ainsi qu'à de l'orge et du triticale. Outre la résistance à l'oïdium, l'étude a également porté sur les répercussions sur les insectes et les organismes du sol (bactéries, champignons mycorhiziens, faune du sol) ainsi que sur les croisements fortuits du blé. Plusieurs lignées de blé GM étaient nettement plus résistantes à l'oïdium que les témoins. Aucun impact significatif sur les organismes non-cibles n'a été constaté, sur leur biodiversité ou sur certaines fonctions sélectionnées des écosystèmes. Dans l'ensemble, les différences entre le blé GM et les lignées témoins étaient moindres qu'entre les variétés de blé commerciales ou les autres espèces de céréales. Les cas de croisement fortuits étaient rares et n'ont été trouvés qu'à faible distance des plantes GM de l'essai.

Total lipid and fatty acid accumulation during basidiospore formation in the ectomycorrhizal fungus Pisolithus sp.

The basidiospores of Pisolithus sp. contain large amounts of lipids, indicating provision for future germination in the host rhizosphere. However, the accumulation, composition, and mobilization of lipids during formation and germination of these spores are largely unknown. In this study, lipid storage and fatty acid composition during basidiosporogenesis were analyzed in fresh basidiocarps using bright-field microscopy and gas chromatography. Abundant lipid bodies are found in the hyphae, basidia, and basidiospores of fungal basidiocarps. This evidences a considerable C transport in the basidiocarp to meet the C demand during basidiospore formation. Fatty acid composition analysis revealed the presence of 24 compounds with chains of 9 to 18 C atoms, either saturated or insaturated, with one or two insaturations. The fatty acid composition and content varied according to the developmental stage of the peridioles. In free basidiospores, the predominant compounds were 16:0, 16:1w5c, 18:1w9c, and 18:2w6,9c/18:0ante, at concentrations of 76, 46, 192, and 51 µg g-1 dry matter, respectively. Our results indicate that oleic acid is the major constituent of lipid reserves in Pisolithus sp. basidiospores. Further studies are being conducted to determine the factors that induce lipid mobilization during spore germination.

Rapid antagonistic coevolution between strains of the social amoeba Dictyostelium discoideum.

Social groups face a fundamental problem of overcoming selfish individuals capable of destroying cooperation. In the social amoeba Dictyostelium discoideum, there is evidence that some clones ('cheaters') contribute disproportionately to the viable spores in a fruiting body while avoiding the dead stalk cell fate. It remains unclear, however, whether this cheating is actually the product of selection. Here, I report the results of an experimental evolution study designed to test whether clones of D. discoideum will evolve resistance to cheating in the laboratory with genetic variation created only through spontaneous mutation. Two strains, one green fluorescent protein (GFP)-labelled and one wild-type, were allowed to grow and develop together before the wild-type strain was removed and replaced with a naïve strain evolving in parallel. Over the course of 10 social generations, the GFP-labelled strain reliably increased its representation in the spores relative to control populations that had never experienced the competitor. This competitive advantage extended to the non-social, vegetative growth portion of the life cycle, but not to pairwise competition with two other strains. These results indicate strong antagonism between strains, mediated by ample mutational variation for cheating and also suggest that arms races between strains in the wild may be common.

Intraspecific genetic variation in arbuscular mycorrhizal fungi and its consequences for molecular biology, ecology, and development of inoculum

It has been known for some time that different arbuscular mycorrhizal fungal (AMF) taxa confer differences in plant growth. Although genetic variation within AMF species has been given less attention, it could potentially be an ecologically important source of variation. Ongoing studies on variability in AMF genes within Glomus intraradices indicate that at least for some genes, such as the BiP gene, sequence variability can be high, even in coding regions. This suggests that genetic variation within an AMF may not be selectively neutral. This clearly needs to be investigated in more detail for other coding regions of AMF genomes. Similarly, studies on AMF population genetics indicate high genetic variation in AMF populations, and a considerable amount of variation seen in phenotypes in the population can be attributed to genetic differences among the fungi. The existence of high within-species genetic variation could have important consequences for how investigations on AMF gene expression and function are conducted. Furthermore, studies of within-species genetic variability and how it affects variation in plant growth will help to identify at what level of precision ecological studies should be conducted to identify AMF in plant roots in the field. A population genetic approach to studying AMF genetic variability can also be useful for inoculum development. By knowing the amount of genetic variability in an AMF population, the maximum and minimum numbers of spores that will contain a given amount of genetic diversity can be estimated. This could be particularly useful for developing inoculum with high adaptability to different environments.

Molecular players shaping the arbuscular mycorrhizal symbiosis of rice

SUMMARY : The arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis is an evolutionarily ancient association between most land plants and Glomeromycotan fungi that is based on the mutual exchange of nutrients between the two partners. Its structural and physiological establishment is a multi-step process involving a tightly regulated signal exchange leading to intracellular colonization of roots by the fungi. Most research on the molecular biology and genetics of symbiosis development has been performed in dicotyledonous model legumes. In these, a plant signaling pathway, the common SYM pathway, has been found to be required for accommodation of both root symbionts rhizobia and AM fungi. Rice, a monocotyledon model and the world's most important staple crop also forms AM symbioses, has been largely ignored for studies of the AM symbiosis. Therefore in this PhD work functional conservation of the common SYM pathway in rice was addressed and demonstrated. Mycorrhiza-specific marker genes were established that are expressed at different stages of AM development and therefore represent readouts for various AM-specific signaling events. These tools were successfully used to obtain evidence for a yet unknown signaling network comprising common SYM-dependent and -independent events. In legumes AM colonization induces common SYM signaling dependent changes in root system architecture. It was demonstrated that also in rice, root system architecture changes in response to AM colonization but these alterations occur independently of common SYM signaling. The rice root system is complex and contains three different root types. It was shown that root type identity influences the quantity of AM colonization, indicating root type specific symbiotic properties. Interestingly, the root types differed in their transcriptional responses to AM colonization and the less colonized root type responded more dramatically than the more strongly colonized root type. Finally, in an independent project a novel mutant, inhospitable (iho), was discovered. It is perturbed at the most early step of AM colonization, namely differentiation of the AM fungal hyphae into a hyphopodium at the root surface. As plant factors required for this early step are not known, identification of the IHO gene will greatly contribute to the advance of mycorrhiza RÉSUMÉ : La symbiose mycorhizienne arbusculaire (AM) est une association évolutionnairement ancienne entre la majorité des plantes terrestres et les champignons du type Glomeromycota, basée sur l'échange mutuel d'éléments nutritifs entre les deux partenaires. Son établissement structural et physiologique est un processus en plusieurs étapes, impliquant des échanges de signaux étroitement contrôlés, aboutissant à la colonisation intracellulaire des racines par le champignon. La plupart des recherches sur la biologie moléculaire et la génétique du développement de la symbiose ont été effectuées sur des légumineuses dicotylédones modèles. Dans ces dernières, une voie de signalisation, la voie SYM, s'est avérée nécessaire pour permettre la mise en place de la symbiose mycorhizienne. Chez les plantes monocotylédones, comme le riz, une des céréales les plus importantes, nourrissant la moitié de la population mondiale, peu de recherches ont été effectuées sur les bases de la cette symbiose. Dans ce travail de thèse, la conservation fonctionnelle de la voie commune SYM chez le riz a été étudiée et démontrée. De plus, des gènes marqueurs spécifiques des différentes étapes du développement de l'AM ont été identifiés, permettant ainsi d'avoir des traceurs de la colonisation. Ces outils ont été utilisés avec succès pour démontrer l'existence d'un nouveau réseau de signalisation, comprenant des éléments SYM dépendant et indépendant. Chez les légumineuses, la colonisation par les AM induit des changements dans l'architecture du système racinaire, via la signalisation SYM dépendantes. Cependant chez le riz, il a été démontré que l'architecture de système racinaire changeait suite à la colonisation de l'AM, mais ceux, de façon SYM indépendante. Le système racinaire du riz est complexe et contient trois types différents de racines. Il a été démontré que le type de racine pouvait influencer l'efficacité de la colonisation par l'AM, indiquant que les racines ont des propriétés symbiotiques spécifiques différentes. De façon surprenante, les divers types de racines répondent de différemment suite à colonisation par l'AM avec des changements de la expression des gènes. Le type de racine le moins colonisé, répondant le plus fortement a la colonisation, et inversement. En parallèle, dans un projet indépendant, un nouveau mutant, inhospitable (iho), a été identifié. Ce mutant est perturbé lors de l'étape la plus précoce de la colonisation par l'AM, à savoir la différentiation des hyphes fongiques de l'AM en hyphopodium, à la surface des racines. Les facteurs d'origine végétale requis pour cette étape étant encore inconnus, l'identification du gène IHO contribuera considérablement a accroître nos connaissance sur les bases de la mise en place de cette symbiose.

The role of fungi in the precipitation of calcite : relationships between fungal filaments, nanofibres, and needle fibre calcite

RésuméLes champignons sont impliqués dans les cycles biogéochimiques de différentes manières. En particulier, ils sont reconnus en tant qu'acteurs clés dans la dégradation de la matière organique, comme fournisseurs d'éléments nutritifs via l'altération des minéraux mais aussi comme grands producteurs d'acide oxalique et de complexes oxalo-métalliques. Toutefois, peu de choses sont connues quant à leur contribution à la genèse d'autres types de minéraux, tel que le carbonate de calcium (CaCO3). Le CaCO3 est un minéral ubiquiste dans de nombreux écosystèmes et il joue un rôle essentiel dans les cycles biogéochimiques du carbone (C) et du calcium (Ca). Le CaCO3 peut être d'origine physico-chimique ou biogénique et de nombreux organismes sont connus pour contrôler ou induire sa biominéralisation. Les champignons ont souvent été soupçonnés d'être impliqué dans ce processus, cependant il existe très peu d'informations pour étayer cette hypothèse.Cette thèse a eu pour but l'étude de cet aspect négligé de l'impact des champignons dans les cycles biogéochimiques, par l'exploration de leur implication potentielle dans la formation d'un type particulier de CaCO3 secondaires observés dans les sols et dans les grottes des environnements calcaires. Dans les grottes, ces dépôts sont appelés moonmilk, alors que dans les sols on les appelle calcite en aiguilles. Cependant ces deux descriptions correspondent en fait au même assemblage microscopique de deux habitus particulier de la calcite: la calcite en aiguilles (au sens strict du terme cette fois-ci) et les nanofibres. Ces deux éléments sont des habitus aciculaires de la calcite, mais présentent des dimensions différentes. Leur origine, physico-chimique ou biologique, est l'objet de débats intenses depuis plusieurs années déjà.L'observation d'échantillons environnementaux avec des techniques de microscopie (microscopie électronique et micromorphologie), ainsi que de la microanalyse EDX, ont démontré plusieurs relations intéressantes entre la calcite en aiguilles, les nanofibres et des éléments organiques. Premièrement, il est montré que les nanofibres peuvent être organiques ou minérales. Deuxièmement, la calcite en aiguilles et les nanofibres présentent de fortes analogies avec des structures hyphales, ce qui permet de confirmer l'hypothèse de leur origine fongique. En outre, des expériences en laboratoire ont confirmé l'origine fongique des nanofibres, par des digestions enzymatiques d'hyphes fongiques. En effet, des structures à base de nanofibres, similaires à celles observées dans des échantillons naturels, ont pu être produites par cette approche. Finalement, des enrichissements en calcium ont été mesurés dans les parois des hyphes et dans des inclusions intrahyphales provenant d'échantillons naturels de rhizomorphes. Ces résultats suggèrent une implication de la séquestration de calcium dans la formation de la calcite en aiguilles et/ou des nanofibres.Plusieurs aspects restent à élucider, en particulier la compréhension des processus physiologiques impliqués dans la nucléation de calcite dans les hyphes fongiques. Cependant, les résultats obtenus dans cette thèse ont permis de confirmer l'implication des champignons dans la formation de la calcite en aiguilles et des nanofibres. Ces découvertes sont d'une grande importance dans les cycles biogéochimiques puisqu'ils apportent de nouveaux éléments dans le cycle couplé C-Ca. Classiquement, les champignons sont considérés comme étant impliqués principalement dans la minéralisation de la matière organique et dans l'altération minérale. Cette étude démontre que les champignons doivent aussi être pris en compte en tant qu'agents majeurs de la genèse de minéraux, en particulier de CaCO3. Ceci représente une toute nouvelle perspective en géomycologie quant à la participation des champignons au cycle biologique du C. En effet, la présence de ces précipitations de CaCO3 secondaires représente un court-circuit dans le cycle biologique du C puisque du C inorganique du sol se retrouve piégé dans de la calcite plutôt que d'être retourné dans l'atmosphère.AbstractFungi are known to be involved in biogeochemical cycles in numerous ways. In particular, they are recognized as key players in organic matter recycling, as nutrient suppliers via mineral weathering, as well as large producers of oxalic acid and metal-oxalate. However, little is known about their contribution to the genesis of other types of minerals such as calcium carbonate (CaCO3). Yet, CaC03 are ubiquitous minerals in many ecosystems and play an essential role in the biogeochemical cycles of both carbon (C) and calcium (Ca). CaC03 may be physicochemical or biogenic in origin and numerous organisms have been recognized to control or induce calcite biomineralization. While fungi have often been suspected to be involved in this process, only scarce information support this hypothesis.This Ph.D. thesis aims at investigating this disregarded aspect of fungal impact on biogeochemical cycles by exploring their possible implication in the formation of a particular type of secondary CaC03 deposit ubiquitously observed in soils and caves from calcareous environments. In caves, these deposits are known as moonmilk, whereas in soils, they are known as Needle Fibre Calcite (NFC - sensu lato). However, they both correspond to the same microscopic assemblage of two distinct and unusual habits of calcite: NFC {sensu stricto) and nanofibres. Both features are acicular habits of calcite displaying different dimensions. Whether these habits are physicochemical or biogenic in origin has been under discussion for a long time.Observations of natural samples using microscopic techniques (electron microscopy and micromorphology) and EDX microanalyses have demonstrated several interesting relationships between NFC, nanofibres, and organic features. First, it has shown that nanofibres can be either organic or minera! in nature. Second, both nanofibres and NFC display strong structural analogies with fungal hyphal features, supporting their fungal origin. Furthermore, laboratory experiments have confirmed the fungal origin of nanofibres through an enzymatic digestion of fungal hyphae. Indeed, structures made of nanofibres with similar features as those observed in natural samples have been produced. Finally, calcium enrichments have been measured in both cell walls and intrahyphal inclusions of hyphae from rhizomorphs sampled in the natural environment. These results point out an involvement of calcium sequestration in nanofibres and/or NFC genesis.Several aspects need further investigation, in particular the understanding of the physiological processes involved in hyphal calcite nucleation. However, the results obtained during this study have allowed the confirmation of the implication of fungi in the formation of both NFC and nanofibres. These findings are of great importance regarding global biogeochemical cycles as they bring new insights into the coupled C and Ca cycles. Conventionally, fungi are considered to be involved in organic matter mineralization and mineral weathering. In this study, we demonstrate that they must also be considered as major agents in mineral genesis, in particular CaC03. This is a completely new perspective in geomycology regarding the role of fungi in the short-term (or biological) C cycle. Indeed, the presence of these secondary CaC03 precipitations represents a bypass in the short- term carbon cycle, as soil inorganic C is not readily returned to the atmosphere.

Ultrastructure of adhesion and movement of the tetraspores of Gelidium Lamour (Geldiaceae; Rhodophyta)

The outer part of the tetraspora cell wall in Gelidium crinale (Turner) J.V. Lamour. and G. spathulatum (Kutz.) Bornet is morphologically described in relation to the movements and displacement of these spores when they settle on a substratum. We also describe the mechanism of adhesión and the transformations undergone by this mechanism over time. The cell wall shows a network of fibrillar threads embedded in abundant mucilage. The deformations that tetraspores undergo show that the cell wall is relatively elastic.

Spore germination and development of young mycelia in some Rhizopogon species

Spore germination in Rhizopogon abietis, R. luteolus, R. roseolus and R. villosulus was induced in the presence of Rhodotorula glutinis and activated charcoal, in agar medium (N6:5). In one R. roseolus sample, 51% of spores germinated within 35 days, allowing observation of the course of spore germination and the different developmental patterns of homokaryotic mycelia. In these plates, spores showed two times of germination. The spores that germinated early produced an apical germ tube. Later other spores germinated in proximity to young mycelium, by forming a germ vesicle. One of the hyphal growth patterns obtained (interruption-swelling-ramification) is similar to that reported for other fungi. With this technique for inducing spore germination, it is possible to obtain enough monosporic cultures to perform mating tests. Key words: Basidiomycotina, Hypogeous, Monosporic Cultures.

Climate and vegetation history of western Portugal inferred from Albian near-shore deposits (Gale Formation, Lusitanian Basin)

The late Early Cretaceous greenhouse climate has been studied intensively based on proxy data derived essentially from open marine archives. In contrast, information on continental climatic conditions and on the accompanying response of vegetation is relatively scarce, most notably owing to the stratigraphic uncertainties associated with many Lower Cretaceous terrestrial deposits. Here, we present a palynological record from Albian near-shore deposits of the Lusitanian Basin of W Portugal, which have been independently dated using Sr-isotope signals derived from low-Mg oyster shell calcite. Sr-87/Sr-86 values fluctuate between 0.707373 +/- 0.00002 and 0.707456 +/- 0.00003; absolute values and the overall stratigraphic trend match well with the global open marine seawater signature during Albian times. Based on the new Sr-isotope data, existing biostratigraphic assignments of the succession are corroborated and partly revised. Spore-pollen data provide information on the vegetation community structure and are flanked by sedimentological and clay mineralogical data used to infer the overall climatic conditions prevailing on the adjacent continent. Variations in the distribution of climate-sensitive pollen and spores indicate distinct changes in moisture availability across the studied succession with a pronounced increase in hygrophilous spores in late Early Albian times. Comparison with time-equivalent palynofloras from the Algarve Basin of southern Portugal shows pronounced differences in the xerophyte/hygrophyte ratio, interpreted to reflect the effect of a broad arid climate belt covering southern and southeastern Iberia during Early Albian times.

Diversity and structure of AMF communities as affected by tillage in a temperate soil.

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) were studied in differently tilled soils from a long-term field experiment in Switzerland. Diversity and structure of AMF communities were surveyed either directly on spores isolated from the field soil or on spores isolated from trap cultures, planted with different host plants. Single-spore cultures were established from the AMF spores obtained from trap cultures. Identification of the AMF was made by observation of spore morphology and confirmed by sequencing of ITS rDNA. At least 17 recognised AMF species were identified in samples from field and/or trap cultures, belonging to five genera of AMF--Glomus, Gigaspora, Scutellospora, Acaulospora, and Entrophospora. Tillage had a significant influence on the sporulation of some species and non- Glomus AMF tended to be more abundant in the no-tilled soil. The community structure of AMF in the field soil was significantly affected by tillage treatment. However, no significant differences in AMF diversity were detected among different soil tillage treatments. AMF community composition in trap cultures was affected much more by the species of the trap plant than by the original tillage treatment of the field soil. The use of trap cultures for fungal diversity estimation in comparison with direct observation of field samples is discussed.

Effects of the relatedness of arbuscular mycorrhizal fungi on associated species ecology

More than 80 % of vascular plants in the world form symbioses with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). AMF supply plants with nutrients such as phosphate and nitrogen, and can also help the plants to take up water. Hence, the symbiosis can greatly influence the growth and the defence of plants. By modifying plant productivity and diversity, AMF are considered as keystone species in ecosystems, playing a role that ultimately affects many food webs. This is why mycorrhizal symbioses have been investigated for several decades by many research groups.¦However, a large part of the scientific research done on AMF symbiosis has focused on the interaction between one plant and one fungus. This situation is far from realistic, as in natural ecosystems, many different fungal strains and species are co-existing and interacting in a belowground network. The main goal of this PhD was to investigate first, the interaction occurring among different co-existing AMF depending on their genetic relatedness and second, the outcome of the interaction and their effects on associated species.¦We found that AMF genetic relatedness partly explains the interaction among AMF, and this was in agreement with theories made for completely different species. Briefly, we demonstrated that AMF isolates of the same species coexisted more easily when they were closely-related, whereas AMF from different species were more in competition in this case of high relatedness. We also demonstrated that coexistence and competition among AMF can mediate plant growth as well as herbivore behaviour, opening new insights in our understanding of AMF effects on ecosystem functioning.¦Overall, the results of the different experiments of this PhD highlight the necessity of using multiple AMF to understand their interactions. Even so, we demonstrated here that simple species richness is not enough to understand these interactions and genetic relatedness among the co-existing AMF is a parameter that must be taken into account.¦-¦Sur Terre, plus de 80 % des plantes vasculaires forment des symbioses avec des champignons endomycorhiziens à arbuscules (CEA). Ces CEA permettent aux plantes d'acquérir plus facilement des nutriments tels que des phosphates, des nitrates, ou simplement de l'eau. Ainsi, cette symbiose peut avoir un effet important à la fois sur la croissance mais aussi sur la défense des plantes. En modulant la productivité et la diversité des plantes, les CEA sont donc des espèces clefs dans l'écosystème. Leur présence peut avoir des répercussions sur l'ensemble des réseaux trophiques. C'est pourquoi de nombreuses équipes de recherches étudient ces symbioses mycorhizienes depuis plusieurs décennies.¦La plupart des études concernant ces symbioses se sont focalisées sur l'action d'une espèce de CEA sur une espèce de plante. Malheureusement, cette situation ne correspond pas à ce que l'on peut retrouver dans la nature, où de nombreuses souches et de nombreuses espèces de CEA coexistent et interagissent dans un réseau mycélien souterrain. Le principal but de cette thèse était d'étudier, premièrement les interactions entre les différent CEA en fonction de leur apparentement génétique, et deuxièmement, d'étudier l'effet de ces interactions fongiques sur l'écologie des espèces associées.¦Au cours des différentes expériences de cette thèse, nous avons démontré que l'apparentement génétique entre les CEA expliquait une part non négligeable de leurs interactions. En résumé, plus l'apparentement génétique entre des souches de CEA d'une même espèce sera grand, plus ces souches seront capables de coexister. En revanche, s'il s'agit d'espèces différentes de CEA, plus elles seront apparentées, plus la compétition sera grande entre elles. Nous avons également démontré que la coexistence et la compétition entre différents CEA peut modifier à la fois la croissance des plantes mais aussi le comportement de leur prédateurs, ce qui ouvre de nouvelles perspectives sur notre compréhension des effets des CEA dans le fonctionnement des écosystèmes.¦Globalement, les résultats de nos différentes expériences mettent en évidence la nécessité d'utiliser plusieurs souches ou espèces de CEA pour mieux comprendre leurs interactions. Quand bien même, nos expériences démontrent que le simple recensement du nombre d'espèces de CEA n'est pas suffisant pour comprendre les interactions et que l'apparentement génétique des CEA coexistants est un paramètre qui doit être pris en compte.

Diagnostic and identification in situ of fungal pathogens in superficial mycosis

Fungi are divided in 3 groups in the field of medical mycology. The dermatophytes are filamentous fungi able to grow on keratinized tissues from human or animals. They are the main cause of superficial and cutaneous mycoses of the skin and its appendix (hair and nail). The yeasts, or dimorphic fungi, can be responsible of diverse types of infections (superficial to deep mycoses). The moulds include all Non-dermatophyte Filamentous Fungi (NDF). In medical mycology, the most representative moulds are Aspergillus spp., Fusarium spp. and Mucor spp. Diagnosis of mycosis is currently based on direct mycological examination of biological samples, as well as macroscopic and microscopic identification of the infectious fungus in culture assay. However, culture assays were found to remain sterile in roughly 40% of cases otherwise positive by direct mycological examinations. Additionally, results from culture assays are often difficult to interpret as various NDF are sometimes isolated. This thesis work is composed of three projects focusing on the development of new assays for direct in situ identification of fungi from dermatological samples. Part 1. A Polymerase Chain Reaction - Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism assay (PCR-TRFLP) targeting the 28S rDNA was developed to identify dermatophytes and NDF in nails with suspected onychomycosis. This method is faster and more efficient than culture. It further enables the distinction of more than one agent in case of mixed infection. A fast and reliable assay for the identification of dermatophytes and NDF in onychomycosis was found to be highly relevant since onychomycosis with Fusarium spp. or other NDF are weakly responsive or unresponsive to standard onychomycosis treatments with oral terbinafine and itraconazole. Part 2. A nested PCR-sequencing assay targeting the 28S rDNA was developed to identify dermatophyte species in skin and hair samples. This method is especially suitable for tinea capitis where dermatophytes identification is critical for subsequently prescribing the adequate treatment. The challenge presented when performing direct PCR fungi identification in skin and hair differs from that seen in onychomycosis as small amount of material is generally collected, few fungal elements are present in the clinical sample and one dermatophyte among a dozen species must be identified. Part 3. Fusarium spp. is currently isolated from nails with a frequency of 15% of that of dermatophytes in the laboratory of Mycology of the CHUV (2005-2012). The aim of this work was to examine if the intensive use of terbinafine and itraconazole could be a cause of the high incidence of Fusarium nail infections. For that purpose, two different methods, specific PCR and TRFLP, were used to detect both Fusarium spp. and Trichophyton spp. in nails of previously treated or untreated patients. TRFLP assay was found to be less sensitive than classical PCR assays specifically detecting Fusarium spp. or Trichophyton spp. Independently of the detection method used, the prevalence of Fusarium spp. appears not to be higher in patients previously treated by oral standard treatment with terbinafine and azoles which are highly effective to fight Trichophyton spp. in nails. In many cases Fusarium sp. was detected in samples of patients not previously subjected to antifungal therapy. Therefore, these treatments do not appear to favor the establishment of Fusarium spp. after elimination of a dermatophyte in nail infection. - En mycologie médicale, les champignons sont classés en 3 groupes. Les dermatophytes sont des champignons filamenteux capables de se développer dans les tissus kératinisés des hommes et des animaux, ils représentent la principale cause des mycoses superficielles et cutanées de la peau et de ses appendices (ongles et cheveux). Les levures, ou champignons dimorphiques, peuvent être responsables de divers types d'infections (superficielles à profondes). Les moisissures incluent tous les champignons filamenteux non-dermatophytes (NDF), les Aspergillus spp., les Fusarium spp. et les Mucor spp. sont les principales espèces rencontrées. Le diagnostic d'une mycose est basé sur un examen mycologique direct des prélèvements biologiques ainsi que sur l'identification macroscopique et microscopique du champignon infectieux isolé en culture. Cependant, dans environ 40% des cas, l'identification de l'agent pathogène est impossible par cette méthode car la culture reste stérile, bien que l'examen direct soit positif. De plus, la croissance de moisissures et/ou autres contaminants peut rendre l'interprétation de l'examen difficile. Ce travail de thèse est composé de trois projets focalisés sur le développement de nouvelles méthodes d'identification des champignons directement à partir d'échantillons dermatologiques. Projet 1. Une méthode de Réaction en chaîne de polymérase couplée à du polymorphisme de longueur des fragments de restriction terminaux (PCR-TRFLP), en ciblant l'ADN ribosomal 28S, a été développée pour l'identification des dermatophytes et moisissures dans les ongles avec suspicion d'onychomycoses. Cette technique s'est avérée plus rapide et plus efficace que la culture, permettant l'identification de plusieurs champignons en même temps. Posséder une méthode d'identification rapide et fiable des dermatophytes et des NDF dans les onychomycoses a été jugée nécessaire du fait que les Fusarium et d'autres NDF sont peu ou pas sensibles aux traitements oraux standards à la terbinafine et à Γ itraconazole. Projet 2. Une PCR nichée couplée au séquençage d'un fragment de l'ADN ribosomal 28S a été développée afin de différencier les dermatophytes dans la peau et les cheveux. Cette méthode est particulièrement adaptée au cas de tinea capitis, où l'identification du dermatophyte est essentielle afin de prescrire le traitement adéquat. Le problème de l'identification du pathogène fongique dans les cheveux et la peau diffère des onychomycoses car de petites quantités sont prélevées chez les patients, peu d'éléments fongiques sont présents et il faut discriminer un dermatophyte parmi une douzaine d'espèces potentielles. Projet 3. Au laboratoire de Mycologie du CHUV, les Fusarium ont été isolé dans les ongles à une fréquence de 15% pour la période 2005-2012. Le but de ce travail était d'examiner si l'utilisation intensive de terbinafine et d'itraconazole pouvait être une des causes de la forte incidence des infections des ongles par Fusarium. A cet effet, deux méthodes ont été utilisées pour détecter à la fois Fusarium spp. et Trichophyton spp., la PCR spécifique et le TRFLP. Indépendamment de la méthode choisie, il en résulte que la prévalence des Fusarium η'apparaît pas liée à un traitement au préalable des patients avec de la terbinafine ou des azoles, thérapies très efficaces contre les Trichophyton spp. dans les ongles. De plus, il existe de nombreux cas où Fusarium était détecté chez des patients non traités.

Parasites and sociality in ants

SUMMARY : Parasites and sociality in ants This thesis investigates the complex relationships between sociality, defences against parasites and the regulation of social structures. We studied how fungal parasites influenced colony organization, collective defences and social immunity in the ant Formica selysi. We first describe the diversity and prevalence of fungal pathogens associated with ant nests. The richness of fungal parasites community may increase the risk of multiple infections and select for a diversification of anti-parasitic defences in ants. Collective defences are powerful means to combat parasites, but can also increase the risk of disease transmission. Here, we showed that allo-grooming (mutual cleaning) was directed towards every returning individuals, be they contaminated or not. This collective behaviour removed conidia more efficiently than self-grooming but did not improve the survival of contaminated individuals. This suggests that allo-grooming may rather protect the group than cure contaminated individuals. It may also permit "social vaccination" if a contact with contaminated ants protects groomers frorn a second fungal exposure. Social transfer of immunity is an emerging theme in insect immunology. Here, we showed that ants in contact with an ant from a different genetic lineage had a higher disease resistance. We also found that naïve ants had a higher resistance after a contact with an immunized ant. This suggests that a transfer of resistance is possible and that "social vaccination" may improve the resistance of the group. However, it remains unclear whether repeated exposure to parasites may also increase the resistance of infected individuals themselves. lmmune memory in invertebrates is still debated. We tested whether immune priming against fungal parasite arose in ants and whether it was strain-specific. We found no evidence of immune priming. Naïve and immunized ants had a similar survival when infected. Together with our previous results, this suggests that ants have evolved efficient collective anti-fungal defences but that these defences aim at protecting the group rather than the contaminated individuals. ln colonies of our study population, there is a strong variation in the number of breeders. This is associated with important changes in life-history traits like demography or queen and worker body size. In the second part of the thesis, we investigated how social structures evolved and were maintained. We showed that queens from monogyne and polygyne colonies were able to found new colonies both alone or in association. We also found that there was no difference between monogyne and polygyne colonies in the acceptance of additional queens. These results suggest that a high plasticity has been maintained in this population, which may permit to adapt rapidly to changing environmental conditions. RESUME : Parasites et socialité chez les fourmis Durant cette thèse, nous avons étudié comment la socialité apporte de nouvelles réponses a des problèmes complexes telle que la défense contre les parasites ou l'organisation de la vie en groupe. Nous avons choisi comme modèle la fourmi Formica selysi et ses champignons pathogènes. Nous avons d'abord montré que la diversité et la prévalence de champignons pathogènes associés aux nids de fourmis étaient très élevées. Cela a pu pousser les fourmis à diversifier le champ de leur défenses anti-parasitaires afin d'éviter les infections multiples, La socialité a en particulier permis l'évolution de défenses collectives qui pourraient être plus efficaces que les défenses individuelles. Nous nous sommes donc intéressés de plus près aux défenses collectives et avons étudié quels en étaient les coûts et les bénéfices pour le groupe et pour ses membres. Nous avons trouvé que les fourmis nettoyaient tous les individus entrant dans la colonie, qu'ils soient contaminés ou non. Cela permettait d'ôter plus de spores que le nettoyage individuel et n'augmentait pas la transmission de maladie. Cependant, le nettoyage mutuel n'augmentait pas non plus la survie des individus contaminés. ll se pourrait donc que ce comportement serve plutôt a éviter une dissémination de la maladie qu'à soigner les individus contaminés. Le nettoyage mutuel pourrait aussi permettre aux individus sains d'avoir un premier contact non-létal avec un parasite et d'être vaccinés contre une future exposition. Cette hypothèse a été soutenue par une expérience dans laquelle nous avons montré que le contact avec une fourmi immunisée permettait d'augmenter la résistance d'individus naïfs. Les fourmis avaient aussi une meilleure résistance lorsqu'elles étaient en contact avec une fourmi provenant d'une autre lignée génétique. Cette "vaccination sociale" pourrait permettre d'une part d'augmenter le nombre d'espèce de parasites contre lesquelles le groupe serait protégé et d'autre part de faire l'économie d'autres défenses individuelles telles que la réponse immunitaire. Nous avons testé si les fourmis étaient elles-mêmes "vaccinées", c'est-à-dire, si elles exprimaient une mémoire immunitaire après un premier contact avec un champignon parasite. Nous n'avons trouvé aucune différence de survie entre les individus naïfs et immunisés ce qui suggère les fourmis favorisent d'autres défenses que la mémoire immunitaire contre les champignons entomopathogènes. Cela suggère également que les comportements coopératifs anti-parasitaires pourraient compléter, voire remplacer les défenses individuelles. La socialité telle qu'elle est pratiquée par les fourmis pose un autre problème de poids qui est celui de savoir combien d'individus se reproduisent. En effet, si les ouvrières sont stériles, le nombre de reines assurant la reproduction peut varier considérablement. Dans la population de E sebrsi étudiée, les colonies monogynes (une reine) co-existent avec des colonies polygynes (plusieurs reines) dans le même habitat. Nous nous sommes demandés si ces structures sociales étaient fixes ou si un changement de l'une à l'autre était possible. Pour cela nous avons comparé la fondation de nouvelles colonies par les jeunes reines issues de colonies monogynes et polygynes. Nous avons également observé si l'acceptation de nouvelles reines était possible dans les deux types de colonies. Nous n'avons trouvé aucune différence entre les deux types de colonies. Cela suggère qu'un changement est possible et que l'évolution des structures sociales est un processus dynamique. Cela pourrait être dû à l'habitat particulièrement changeant dans lequel se trouve notre population qui exigerait d'être capable de s'adapter très rapidement a de nouvelles conditions.

Isothermal microcalorimetry for antifungal susceptibility testing of Mucorales, Fusarium spp., and Scedosporium spp.

We evaluated isothermal microcalorimetry for real-time susceptibility testing of non-Aspergillus molds. MIC and minimal effective concentration (MEC) values of Mucorales (n = 4), Fusarium spp. (n = 4), and Scedosporium spp. (n = 4) were determined by microbroth dilution according to the Clinical Laboratory Standard Institute M38-A2 guidelines. Heat production of molds was measured at 37 °C in Sabouraud dextrose broth inoculated with 2.5 × 10(4) spores/mL in the presence of amphotericin B, voriconazole, posaconazole, caspofungin, and anidulafungin. As determined by microcalorimetry, amphotericin B was the most active agent against Mucorales (MHIC 0.06-0.125 μg/mL) and Fusarium spp. (MHIC 1-4 μg/mL), whereas voriconazole was the most active agent against Scedosporium spp. (MHIC 0.25 to 8 μg/mL). The percentage of agreement (within one 2-fold dilution) between the MHIC and MIC (or MEC) was 67%, 92%, 75%, and 83% for amphotericin B, voriconazole, posaconazole, and caspofungin, respectively. Microcalorimetry provides additional information on timing of antifungal activity, enabling further investigation of drug-mold and drug-drug interaction, and optimization of antifungal treatment.