Taxonomy and Species Richness of Amazonian Pimplinae and Rhyssinae (hymenoptera: ichneumonidae)

The Amazonian region, the biggest rain forest of our planet, is known for its extraordinary biodiversity. Most of this diversity is still unexplored and new species of different taxa are regularly found there. In this region, as in most areas of the world, insects are some of the most abundant organisms. Therefore, studying this group is important to promote the conservation of these highly biodiverse ecosystems of the planet. Among insects, parasitoid wasps are especially interesting because they have potential for use as biodiversity indicators and biological control agents in agriculture and forestry. The parasitoid wasp family Ichneumonidae is one of the most species rich groups among the kingdom Animalia. This group is still poorly known in many areas of the world; the Amazonian region is a clear example of this situation. Ichneumonids have been thought to be species poor in Amazonia and other tropical areas. However, recent studies are suggesting that parasitoid wasps may be quite abundant in Amazonia and possibly in most tropical areas of the world. The aim of my doctoral thesis is to study the species richness and taxonomy of two of the best known ichneumonid subfamilies in the Neotropical region, Pimplinae and Rhyssinae. To do this I conducted two extensive sampling programs in the Peruvian Amazonia. I examined also a large number of Neotropical ichneumonids deposited to different natural history museums. According to the results of my thesis, the species richness of these parasitoids in the Amazonian region is considerably higher than previously reported. In my research, I firstly further develop the taxonomy of these parasitoids by describing many new species and reporting several new faunistic records (I, II, III). In this first part I focus on two genera (Xanthopimpla and Epirhyssa) which were thought to be rather species poor. My thesis demonstrates that these groups are actually rather species rich in the Amazonian region. Secondly, I concentrate on the species richness of these parasitoids in a global comparison showing that the Neotropical region and especially the Peruvian Amazonia is one of the most species rich areas of Pimpliformes ichneumonids (V). Furthermore, I demonstrate that with the data available to date no clear latitudinal gradient in species richness is visible. Thirdly, increasing the macroecological knowledge of these parasitoids I show that some previously unreported ichneumonid subfamilies are present in the Amazonian region (IV). These new insights and the results of the global comparison of ichneumonid inventories suggest that the previous belief of low diversity in the tropics is most likely related to a lack of sampling effort in the region. Overall, my research increases the knowledge of Neotropical ichneumonids highlighting the importance of Peruvian Amazonia as one of the diversity hotspots of parasitoid wasps.

Low variation in ribosomal DNA and internal transcribed spacers of the symbiotic fungi of leaf-cutting ants (Attini: Formicidae)

Leaf-cutting ants of the genera Atta and Acromyrmex (tribe Attini) are symbiotic with basidiomycete fungi of the genus Leucoagaricus (tribe Leucocoprineae), which they cultivate on vegetable matter inside their nests. We determined the variation of the 28S, 18S, and 5.8S ribosomal DNA (rDNA) gene loci and the rapidly evolving internal transcribed spacers 1 and 2 (ITS1 and ITS2) of 15 sympatric and allopatric fungi associated with colonies of 11 species of leafcutter ants living up to 2,600 km apart in Brazil. We found that the fungal rDNA and ITS sequences from different species of ants were identical (or nearly identical) to each other, whereas 10 GenBank Leucoagaricus species showed higher ITS variation. Our findings suggest that Atta and Acromyrmex leafcutters living in geographic sites that are very distant from each other cultivate a single fungal species made up of closely related lineages of Leucoagaricus gongylophorus. We discuss the strikingly high similarity in the ITS1 and ITS2 regions of the Atta and Acromyrmex symbiotic L. gongylophorus studied by us, in contrast to the lower similarity displayed by their non-symbiotic counterparts. We suggest that the similarity of our L. gongylophorus isolates is an indication of the recent association of the fungus with these ants, and propose that both the intense lateral transmission of fungal material within leafcutter nests and the selection of more adapted fungal strains are involved in the homogenization of the symbiotic fungal stock.

Association between aflatoxin and aflatoxigenic fungi in Brazil nut (Bertholletia excelsa H.B.K.)

Brazil nut has a high nutritional content and is a very important trade commodity to some Latin American countries. In order to evaluate its safety, 120 samples from different stages of the productive chain were analyzed in terms of: moisture content (mc), aflatoxigenic fungi and aflatoxin (LOQ = 1.95 μg.kg-1 total aflatoxin) using TLC. Among all samples, 4 (6.7%) from the receiving area, and 5 (16.7%), from retail presented aflatoxins above the LOQ, but the amount of aflatoxins was below the LOQ after the samples were dried in the plant. The positive samples were above the limit of total aflatoxin permitted by the European Union (4.0 μg.kg-1) and Brazil (30 μg.kg-1). The mc mean was 22.43% in the receiving area, which is higher than that in the other stages samples. All the A. flavus strains were aflatoxigenic, and there was statistic association between the presence of aflatoxin and flavus strains. The aflatoxigenic fungi strains associated to the aflatoxins levels in the samples show that an effective control is necessary for the food safety in the Brazil nut production chain.

Influence of the fungi population on the physicochemical and chemical composition of coffee (Coffea arabica L.)

The influence of fungi associated with coffee fruits was verified regarding the chemical and physicochemical composition of Coffea arabica L. raw grains. The fruits were harvested at EPAMIG Experimental farm in Lavras, State of Minas Gerais - making up the different samples here analyzed. After processing and drying, the grains were incubated in wet chamber for fungal exteriorization through the blotter test method and submitted to the following analyses: polyphenoloxidase, total reducing and non-reducing sugars, clorogenic acid, titrable acidity, potassium leaching, electric conductivity and caffeine. The occurrence of the P. variable, P. rugulosum, P. funiculosum, F. equiseti, F. semitectum, A.alutaceus, A. niger and C. cladosporioides fungi in the different samples was detected. From the analysis of the results obtained, it was observed that the presence of the Aspergillus alutaceus fungus reduces the activity of the enzyme polyphenoloxidase and increases the values of potassium leaching, electric conductivity and chlorogenic acid. The incidence of the Cladosporium cladosporioides fungus influenced the average values of potassium leaching and electric conductivity.

Detection, transmission and pathogenicity of fungi on Blepharocalyx salicifolius (H.B.K.) Berg. seeds

The objective of this study was to identify the fungi associated with the fruit and seeds of Blepharocalyx salicifolius and verify their transmission and pathogenicity to seeds and seedlings. Fungal identification on seeds was made using the blotter test and potato-dextrose-agar but only the blotter test was used for fruit. Fungal transmission to seedlings was evaluated using four replications of 50 seeds planted in vermiculite. The pathogenicity of the fungi, Colletotrichum sp., Curvularia sp., Cladosporium sp. Pestalotia sp. and Macrophomina sp. was tested. Potentially pathogenic and saprophytic fungi were found on the fruits and seeds. The transmission of Cladosporium sp. from seeds to seedlings was verified, and Cladosporium sp. Pestalotia sp. and Macrophomina sp. were found to be pathogenic to B. salicifolius seedlings.

Grass-endophyte coevolution and ploidy levels in fescues

ABSTRACT Fescues consist of wild and cultivated grasses that have adapted to a wide range of environmental conditions. They are an excellent model species for evolutionary ecology studies that investigate symbiosis and polyploidization and their effects on plant performance. First, they are frequently infected with symbiotic endophytic fungi known to affect a plant’s ability to cope with biotic and abiotic environmental factors. Second, fescue species have been reported to have substantial intraspecific variation in their ploidy level and morphology. In my thesis, I examined large-scale generalizations for frequency of polyploidy and endophyte infections and their effects on plant morphology. As a model species, I selected red (Festuca rubra) and viviparous sheep’s (F. vivipara) fescues. They are closely related, but they differ in terms of distribution and endophyte infection frequency. I investigated the biogeographic pattern and population biology of 29 red and 12 viviparous sheep’s fescue populations across ≈300 latitudes in Europe (400-690 N). To examine plant ploidy levels, I implemented time- and cost-efficient plate-based high throughput flow cytometric analysis. This efficient procedure enabled me to analyze over 1000 red fescue individuals. I found three ploidy levels among them: overall 84 %, 9 % and 7 % of the red fescue plants were hexaploid, tetraploid and octoploid, respectively. However, all viviparous sheep’s fescue plants were tetraploid. Ploidy level of red fescue appeared to some extent follow gradients in latitude and primary production as suggested by previous studies, but these results could be explained better by taking the sampling design and local adaptation into account. Three Spanish populations were mostly tetraploids and one high elevation population in northernmost Finland (Halti) was octoploid, while most other populations (25 sites) were dominated by hexaploids. Endophyte infection frequencies of wild fescue populations varied from 0 to 81 % in red fescue populations and from 0 to 30 % in viviparous sheep’s fescue populations. No gradients with latitude or primary production of the sites were detected. As taxonomy of red fescues is somewhat unclear, I also studied morphology, ploidy variation and endophyte status of proposed subspecies of European red fescues. Contrary to previous literature, different ploidy levels occurred in the same subspecies. In addition to wild fescues, I also used two agronomically important cultivars of meadow and tall fescue (Schedonorus phoenix and S. pratensis). As grass-legume mixtures have an agronomic advantage over monocultures in meadows, I carried out a mixture/competition experiment with fescues and red clover to find that species composition, nutrient availability and endophyte status together determined the total biomass yield that was higher in mixtures compared to monocultures. The results of this thesis demonstrate the importance of local biotic and abiotic factors such as grazing gradients and habitat types, rather than suggested general global geographical or environmental factors on grass polyploidization or its association with symbiotic endophytic fungi. I conclude that variation in endophyte infection frequencies and ploidy levels of wild fescues support the geographic mosaic theory of coevolution. Historical incidents, e.g., glaciation and present local factors, rather than ploidy or endophyte status, determine fescue morphology.

Biotransformation of polycylic aromatic compounds by fungi and an investigation into the oxidation of alkylbenzenes by Mortierella isabellina NRRL 1757

Incubations of several polycyclic heteroaromatic compounds and two polycyclic aromatic hydrocarbons with a series of common fungi have been performed. The fungi Cunninghamella elegans ATCC 26269, Rhizopus arrhizus ATCC 11145, and Mortierella isabellina NRRL 1757 were studied in this regard. Of the aza heteroaromatics, only dibenzopyrrole gave a ring hydroxylated product following the incubation with C. elegans. From the thio heteroaromatics studied, dibenzothiophene was metabolized by all the three fungi and thioxanthone by C. elegans and M. isabellina giving sulfones and sulphoxides. Thiochromanone was metabolized stereoselectively to the corresponding sulphoxide by C. elegans. Methyl substituted thioxanthones on incubation with C. elegans produced oxidative products, arising from S -oxidation and hydroxylation at the methyl group. Of the cyclic ketones studied, only fluorenone was reduced to hydroxyfluorene and this metabolism is compared with that reported with cytochrome P-450 monooxygenases of hepatic microsomes. A series of para-substituted ethylbenzenes has been transformed stereoselectively to the 1-phenylethanols by incubation with M. isabellina. Comparisons of the enantiomeric purities obtained from products with their respective para substituent of the same steric size but different electronic properties indicate that the stereoselectivity of hydroxylation at benzylic carbon may be susceptible to electron donating or withdrawing factors in some cases, but that observation is not va lid in all the comparisons. The stereochemistry of the reaction is discussed in terms of three possible steps, ethylbenzene ---) 1-phenylethanol ---) acetophenone ---) 1-phenylethanol. This metabolic pathway could account for the inconsistencies observed in the comparisons of optical purities and electronic character of para substituents. Furthermore, formation of 2-phenylethanol (in some cases), l-(p-acetylphenyl)ethanol from p-diethylbenzene, and N-acetylation of p-ethylaniline was observed. n-Propylbenzene was also converted to optically active 1-phenylpropanol. Acetophenone, p-ethylacetophenone, and o(,~,~-trifluoroacetophenone were transformed to 1-phenylethanol, l-(p-ethylphenyl)ethanol, and 1-phenyl-2,2,2-trifluoroethanol, respectively, with high chemical and excellent optical yields. The 13 C NMR spectra of several substrates and metabolic products have been reported and assigned for the first time.

Immuno-gluorescence study of five zygomycetous fungi with two chitin-binding probes

A polyclonal antiserum was prepared against a purified microsomal chitinase isolated from the fungus Choanephora cucurbitarum. Indirect immunofluorescence was used to localize chitinase at various developmental stages of five zygomycetous fungi and during abiotrophic mycoparasite interaction with a susceptible and resistant host. This was compared to localization of oligomers of N-acetylglucosamine with the lectin wheat germ agglutinin (WGA). Dotimmunoblot and Western blot techniques revealed that the anti-serum reacted strongly with the antigen from which it was derived. Cross reactivity of the antiserum was found with WGA and another chitin binding lectin, Phyto/acca americana agglutinin (PAA). Immuno-fluorescence results showed the direct involvement of chitinase in spore swelling, germination, sporangium development and response during mechanical injury. There appeared to be no involvement of chitinase during apical hyphal growth or new branch initiation in any of the fungi tested despite mild proteolysis and permeabilization of the cell surface prior to labelling. Binding with WGA revealed similar patterns of fluorescence to that of chitinase localization but differed by showing fluorescence and therefore chitin localization at the apex and new branch initiation when tested at different developmental stages. There was no difference between chitinase localization and binding with WGA in a susceptible host and resistant host challenged with the mycoparasite, Piptocephalis virginiana. Differences in binding ability of antichitinase and lectin WGA suggests that the latter is not a suitable indicator for indirect localization of the lytic enzyme, chitinase.

Biotransformation of aromatic hydrocarbons and organic sulphides by fungi

Toluene is converted to benzyl alcohol by the fungi Mortierella isabellina and Helminthosporium species; in the latter case, the product is further metabolized. Toluene-a -d 1 , toluene-a,a-d2, and toluene-a,a,a-d 3 have been used with Mortierellaisabellina in a series of experiments to determine both primary and secondary deuterium kinetic isotope effects for the enzymic benzylic hydroxylation reaction. The values obtained, intermolecular primary kH/kD = intramolecular p rim a r y kH r kD = 1. 0 2 + O. 0 5, and sec 0 n dar y k H I kD = 1. 37 .:!. 0.05, suggest a mechanism for the reaction involving benzylic proton removal from a radical intermediate in a non-symmetrical transition state. 2H NMR (30.7 MHz) studies using ethylbenzene-l,1-d 2 , 3 -fluoroethylbenzene-l,1-d 2 , 4 -fluoroethylbenzene-l,1-d 2 , and toluene-dB as substrates with Mortierella isabellina suggest, based on the observable differences in rates of conversion between the substrates, that the hydroxylation of hydrocarbons at the benzylic position proceeds via a one electron abstraction from the aromatic ring, giving a radical cation. A series of 1,3-oxathiolanes (eight) were incubated with Mortierella isabellina , Helminthosporium , Rhizopus arrhizus , and Aspergillus niger . Sulphoxides were obtained from Mortierella isabellina and Rhizopus arrhizus using the substrates 2-phenyl-, 2-methyl-2-phenyl-, and 2-phenyl-2-tert. butyl-l,3-oxathiolane. The relative stereochemistry of 2-methyl-2-phenyl-l,3-oxathiolan-l-oxide was assigned based on lH decoupling, n.O.e, 1 and H NMR experiments. The lH NMR (200 MHz) of the methylene protons of 2-methyl-2-phenyl-l,3-oxathiolan-l-oxide was used as a diagnostic standard in assigning the relative stereochemistry of 2-phenyl-l,3-oxathiolan-l-oxide and 2-phenyl-2-tert. butyl-l,3-oxathiolan-l-oxide. The sulphoxides obtained were consistent with an oxidation occurring from the opposite side of the molecule to the phenyl substituent.

Molecular interactions of arbuscular mycorrhizal fungi with mycotoxin-producing fungi and their role in plant defense responses

Les trichothécènes de Fusarium appartiennent au groupe des sesquiterpènes qui sont des inhibiteurs la synthèse des protéines des eucaryotes. Les trichothécènes causent d’une part de sérieux problèmes de santé aux humains et aux animaux qui ont consommé des aliments infectés par le champignon et de l’autre part, elles sont des facteurs importants de la virulence chez plantes. Dans cette étude, nous avons isolé et caractérisé seize isolats de Fusarium de la pomme de terre infectée naturellement dans un champs. Les tests de pathogénicité ont été réalisés pour évaluer la virulence des isolats sur la pomme de terre ainsi que leur capacité à produire des trichothécènes. Nous avons choisi F. sambucinum souche T5 comme un modèle pour cette étude parce qu’il était le plus agressif sur la pomme de terre en serre en induisant un flétrissement rapide, un jaunissement suivi de la mort des plantes. Cette souche produit le 4,15-diacétoxyscirpénol (4,15-DAS) lorsqu’elle est cultivée en milieu liquide. Nous avons amplifié et caractérisé cinq gènes de biosynthèse trichothécènes (TRI5, TRI4, TRI3, TRI11, et TRI101) impliqués dans la production du 4,15-DAS. La comparaison des séquences avec les bases de données a montré 98% et 97% d'identité de séquence avec les gènes de la biosynthèse des trichothécènes chez F. sporotrichioides et Gibberella zeae, respectivement. Nous avons confrenté F. sambucinum avec le champignon mycorhizien à arbuscule Glomus irregulare en culture in vitro. Les racines de carotte et F. sambucinum seul, ont été utilisés comme témoins. Nous avons observé que la croissance de F. sambucinum a été significativement réduite avec la présence de G. irregulare par rapport aux témoins. Nous avons remarqué que l'inhibition de la croissance F. sambucinum a été associée avec des changements morphologiques, qui ont été observés lorsque les hyphes de G. irregulare ont atteint le mycélium de F. sambucinum. Ceci suggère que G. irregulare pourrait produire des composés qui inhibent la croissance de F. sambucinum. Nous avons étudié les patrons d’expression des gènes de biosynthèse de trichothécènes de F. sambucinum en présence ou non de G. irregulare, en utilisant le PCR en temps-réel. Nous avons observé que TRI5 et TRI6 étaient sur-exprimés, tandis que TRI4, TRI13 et TRI101 étaient en sous-exprimés en présence de G. irregulare. Des analyses par chromatographie en phase-gazeuse (GC-MS) montrent clairement que la présence de G. irregulare réduit significativement la production des trichothécènes par F. sambucinum. Le dosage du 4,15-DAS a été réduit à 39 μg/ml milieu GYEP par G. irregulare, comparativement à 144 μg/ml milieu GYEP quand F. sambucinum est cultivé sans G. irregulare. Nous avons testé la capacité de G. irregulare à induire la défense des plants de pomme de terre contre l'infection de F. sambucinum. Des essais en chambre de croissance montrent que G. irregulare réduit significativement l’incidence de la maladie causée par F. sambucinum. Nous avons aussi observé que G. irregulare augmente la biomasse des racines, des feuilles et des tubercules. En utilisant le PCR en temps-réel, nous avons étudié les niveaux d’expression des gènes impliqué dans la défense des plants de pommes de terre tels que : chitinase class II (ChtA3), 1,3-β-glucanase (Glub), peroxidase (CEVI16), osmotin-like protéin (OSM-8e) et pathogenèses-related protein (PR-1). Nous avons observé que G. irregulare a induit une sur-expression de tous ces gènes dans les racines après 72 heures de l'infection avec F. sambucinum. Nous avons également trové que la baisse provoquée par F. sambucinum des gènes Glub et CEVI16 dans les feuilles pourrait etre bloquée par le traitement AMF. Ceci montre que l’inoculation avec G. irregulare constitut un bio-inducteur systémique même dans les parties non infectées par F. sambucinum. En conclusion, cette étude apporte de nouvelles connaissances importantes sur les interactions entre les plants et les microbes, d’une part sur les effets directs des champignons mycorhiziens sur l’inhibition de la croissance et la diminution de la production des mycotoxines chez Fusarium et d’autre part, l’atténuation de la sévérité de la maladie dans des plantes par stimulation leur défense. Les données présentées ouvrent de nouvelles perspectives de bio-contrôle contre les pathogènes mycotoxinogènes des plantes.

Taxonomy, biogeography and phylogeny of Cretaceous frog crabs (Crustacea, Decapoda, Brachyura) from the Neotropics

Le but du présent travail est d’apporter la preuve paléontologique mettant en évidence que le clade Raninoida était bien établi dans le Néotropique durant la période Crétacée, où il était représenté par les plus anciennes familles ou par quelques–uns des plus anciens membres des plus anciennes familles. Je décris des taxa raninoïdiens ou similaires, incluant Archaeochimaeridae n. fam. et Archaeochimaera macrophthalma n. gen. n. sp., du Cénomanien supérieur (~95 Ma.) de Colombie (Chapitre 3), Planocarcinus n. gen., Planocarcinus olssoni (Rathbun, 1937) n. comb. et Notopocorystes kerri n. sp., de l’Aptien supérieur (~115 Ma.) de Colombie (Luque et al., accepté) (Chapitre 2). Ces taxa nouveaux, plus la présence de Cenomanocarcinus vanstraeleni Stenzel, 1945, dans l’Albien supérieur de Colombie (Vega et al., 2010), et d’Araripecarcinus ferreirai Martins–Neto, 1987, dans l’Albien du Brésil (Luque et al., en cours) (Chapitre 4), représentent certains des plus anciens signalements de quatre des sept familles raninoïdiennes, au moins, connues à ce jour. La nouvelle famile Archaeochimaeridae se présente comme le groupe frère du clade Raninidae + clade Symethidae. Cependant, la combinaison unique de caractères primitifs, dérivés et homoplasiques est inégalable chez les Raninoida, et, en fait, chez les autres sections de crabes podotrèmes. Alors que les taxa raninoïdiens du Crétacé sont bien connus aux latitudes élevées, les signalements en Amérique du Sud tropicale sont rares et épars, avec pour résultat de considérables distorsions pour traiter des importantes questions biogéographiques et phylogénétiques. Sur la base de données taxonomiques, paléobiogéographiques et cladistiques, une ré–appréciation des toute premières distributions spatio–temporelle des “crabes grenouilles” est proposée, avec pour objet de contribuer à une plus large compréhension de la diversité, phylogénie et évolution des premiers brachyoures au cours des âges.

The evolution of inter-genomic variation in arbuscular mycorrhizal fungi

Contexte: Les champignons mycorhiziens à arbuscules (AMF) établissent des relations symbiotiques avec la plupart des plantes grâce à leurs réseaux d’hyphes qui s’associent avec les racines de leurs hôtes. De précédentes études ont révélé des niveaux de variation génétique extrêmes pour des loci spécifiques permettant de supposer que les AMF peuvent contenir des milliers de noyaux génétiquement divergents dans un même cytoplasme. Si aucun processus de reproduction sexuée n’a jusqu’ici été observé chez ces mycorhizes, on constate cependant que des niveaux élevés de variation génétique peuvent être maintenus à la fois par l’échange de noyaux entre hyphes et par des processus fréquents de recombinaison entre noyaux. Les AMF se propagent par l’intermédiaire de spores qui contiennent chacune un échantillon d’une population initiale de noyaux hétérogènes, directement hérités du mycélium parent. À notre connaissance les AMF sont les seuls organismes qui ne passent jamais par un stade mononucléaire, ce qui permet aux noyaux de diverger génétiquement dans un même cytoplasme. Ces aspects singuliers de la biologie des AMF rendent l’estimation de leur diversité génétique problématique. Ceci constitue un défi majeur pour les écologistes sur le terrain mais également pour les biologistes moléculaires dans leur laboratoire. Au-delà même des problématiques de diversité spécifique, l’amplitude du polymorphisme entre noyaux mycorhiziens est mal connue. Le travail proposé dans ce manuscrit de thèse explore donc les différents aspects de l’architecture génomique singulière des AMF. Résultats L’ampleur du polymorphisme intra-isolat a été déjà observée pour la grande sous-unité d’ARN ribosomal de l’isolat Glomus irregulare DAOM-197198 (précédemment identifié comme G. intraradices) et pour le gène de la polymerase1-like (PLS) de Glomus etunicatum isolat NPI. Dans un premier temps, nous avons pu confirmer ces résultats et nous avons également pu constater que ces variations étaient transcrites. Nous avons ensuite pu mettre en évidence la présence d’un goulot d’étranglement génétique au moment de la sporulation pour le locus PLS chez l’espèce G. etunicatum illustrant les importants effets d’échantillonnage qui se produisaient entre chaque génération de spore. Enfin, nous avons estimé la différentiation génétique des AMF en utilisant à la fois les réseaux de gènes appliqués aux données de séquençage haut-débit ainsi que cinq nouveaux marqueurs génomiques en copie unique. Ces analyses révèlent que la différenciation génomique est présente de manière systématique dans deux espèces (G. irregulare et G. diaphanum). Conclusions Les résultats de cette thèse fournissent des preuves supplémentaires en faveur du scénario d’une différenciation génomique entre noyaux au sein du même isolat mycorhizien. Ainsi, au moins trois membres du genre Glomus, G. irregulare, G. diaphanum and G. etunicatum, apparaissent comme des organismes dont l’organisation des génomes ne peut pas être décrit d’après un modèle Mendélien strict, ce qui corrobore l’hypothèse que les noyaux mycorhiziens génétiquement différenciés forment un pangenome.

Comparative mitochondrial genomics toward understanding genetics and evolution of arbuscular mycorrhizal fungi

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement.

Taxonomy, Bionomics and Biofouling of Bryozoans from the Coasts of India and the Antarctic Waters

The study of bryozoans, an important group of coelomates in the marine environment is an integral part of faunistic investigations. Bryozones are an ancient, aberrant phylum of microscopic but fascinating and often beautiful animals that build intricate colonies sometimes resembling minicolonies. In this study taxonomy, bionomics and biofouling of bryozoans from the coasts of India and the Antarctic waters. The marine biofouling is found to be hazardous. Bryozoans are microscopic , sessile,colonical coelomates that are permanently fastened in exoskeletal cases or gelatinous material of their own secretion.It is hoped that this work would help the future researchers to devote attention on microbenthos of the continental shelf of India when samples are made available through collections conducted by any ocean going vessel. In the present work an extensive study on the bryozoan foulers that occur at five selected sites of the cochin estury had to be examined and since the hydrographic parameters such as salinity, temperature, pH and dissolved oxygen in the estury,vary greatly from that in the open ocean, a frequent monitoring of these parameters was essential.