Presque toutes les plantes de la Terre forment une symbiose avec des champignons mycorhiziens. Ces champignons ont modifié l'histoire de l'évolution de la planète.

L. Oyarte Galvez, AMOLF
QUE SONT LES CHAMPIGNONS MYCORHIZIENS ?

Les champignons mycorhiziens sont un groupe de champignons du sol formant des réseaux et qui forment des associations symbiotiques avec les plantes. Presque toutes les plantes forment des associations symbiotiques avec les champignons mycorhiziens. Ces associations ont façonné la vie sur terre depuis plus de 475 millions d'années.

Les relations symbiotiques entre les plantes et les champignons mycorhiziens datent d'environ 475 millions d'années et jouent un rôle fondamental dans la biosphère de la Terre.

Niels Hoebers

Économie souterraine

Les plantes et les champignons échangent des ressources entre eux et sont capables de trouver des compromis, de résoudre des différends et de déployer des stratégies commerciales sophistiquées.

Les sols sont parmi les écosystèmes les plus complexes de la planète, et les champignons doivent faire du commerce pour survivre. Les animaux s'appuient sur un système nerveux central pour prendre des décisions commerciales, mais les réseaux fongiques doivent évaluer les environnements commerciaux sans cerveau. Premièrement, ils doivent chercher des nutriments dans le sol (comme le phosphore et l'azote). Ensuite, ils doivent échanger ces nutriments contre des composés carbonés (comme les sucres et les graisses). Pour ce faire, les champignons mycorhiziens ont développé des stratégies commerciales sophistiquées et sont capables de faire la distinction entre les plantes partenaires, en échangeant davantage de ressources avec les plantes qui leur fournissent plus de carbone. Les champignons peuvent tirer parti des différences de valeur dans des réseaux commerciaux complexes en déplaçant les ressources là où ils obtiennent un meilleur prix des "acheteurs" végétaux. Une étude a montré que, face à une offre inégale de nutriments dans leurs réseaux, les champignons mycorhiziens déplaçaient le phosphore vers les zones de pénurie, où il était le plus demandé et donc le plus cher. Ce faisant, le champignon a pu recevoir de plus grandes quantités de carbone en retour. Les champignons peuvent même accumuler des ressources jusqu'à ce qu'ils en retirent un "prix" plus élevé. Les chercheurs utilisent de nouveaux outils pour marquer les nutriments à l'intérieur des réseaux fongiques et suivre les décisions commerciales des champignons.

SOURCES
Van't Padje A. et al. "Mycorrhizal fungi control phosphorus value in trade symbiosis with host roots when exposed to abrupt 'crashes' and 'booms' of resource availability". New Phytol. 5 (2021) doi : 10.1111/nph.17055.

Noë R, Kiers ET. "Mycorrhizal Markets, Firms, and Co-ops". Trends Ecol Evol. 3 (2018) doi : 10.1016/j.tree.2018.07.007.

Bogar LM. Et al. "L'échange de ressources dans la symbiose ectomycorhizienne varie-t-il en fonction du contexte compétitif et de l'ajout d'azote ?". New Phytol. 3 2022 doi : 10.1111/nph.17871

Kiers et al. "Reciprocal rewards stabilize cooperation in the mycorrhizal symbiosis". Science 12 (2011) doi : 10.1126/science.1208473.

Raccordements souterrains

Les champignons mycorhiziens forment des réseaux qui ont le potentiel de relier les plantes sous terre. Ces réseaux peuvent contribuer à la distribution des nutriments dans les écosystèmes. Dans des conditions de laboratoire, des organismes, comme les bactéries, peuvent également utiliser ces "super-autoroutes" fongiques pour le transport, ce qui leur permet de se déplacer entre différentes racines.

Sous terre, les champignons mycorhiziens forment des réseaux d'hyphes reliant potentiellement les racines de diverses plantes hôtes. La fonction de ces réseaux, appelés réseaux mycorhiziens communs (RMC), est débattue depuis des décennies. Dans certains cas, ils peuvent faciliter la circulation des nutriments et du carbone, servir de médiateur dans les relations de coopération et de compétition entre les plantes et contribuer à protéger les plantes contre les parasites et les agents pathogènes. Une fois qu'une plante s'est "connectée" à un CMN, le réseau peut servir de conduit physique pour le mouvement des nutriments et des produits chimiques. La grande majorité de ces études ont été réalisées en laboratoire, de sorte que davantage de travaux sur le terrain sont nécessaires pour comprendre la fonction des CMN dans des conditions naturelles.

SOURCES
Beiler, K. J., et al. "Vertical partitioning between sister species of Rhizopogon fungi on mesic and xeric sites in an interior Douglas-fir forest". Molecular Ecology 21 (2012)

Lian, C. et al. "Tricholoma matsutake dans une forêt naturelle de Pinus densiflora : correspondance entre les génétiques aériennes et souterraines, association avec de multiples arbres hôtes et altération des communautés ectomycorhiziennes existantes". New Phytologist 171 (2006)

Figueiredo, A. et al. "Common mycorrhizae network : A review of the theories and mechanisms behind underground interactions". Frontiers in Fungal Biology 2 (2021)

Leake, J., et al. "Networks of power and influence : the role of mycorrhizal mycelium in controlling plant communities and agroecosystem functioning". Journal canadien de botanique 82 1016-1045 (2004).

Newman, E. "Mycorrhizal links between plants - their functioning and ecological significance". Advances in Ecological Research 18, 243-270 (1988).

Robinson, D. & Fitter, A. "The magnitude and control of carbon transfer between plants linked by a common mycorrhizal network". Journal of Experimental Botany 50, 9-13 (1999).
Selosse, M.A. et al. "Mycorrhizal networks : des liaisons dangereuses ?". Trends in Ecology & Evolution 21 (2006)

Champignons mycorhiziens

Communication souterraine

Certains chercheurs ont publié des travaux qui suggèrent que les plantes peuvent recevoir des signaux des plantes voisines par l'intermédiaire de réseaux mycorhiziens partagés, ce qui pourrait leur permettre de se préparer aux attaques d'insectes. Mais il faudra encore beaucoup de preuves avant de comprendre s'il s'agit d'une véritable "communication".

SOURCE
Babikova, Z. et al. "Underground signals carried through common mycelial networks warn neighbouring plants of aphid attack". Ecology Letters 16 : 835-843 (2013)

SOURCE
Babikova, Z. et al. "Underground signals carried through common mycelial networks warn neighbouring plants of aphid attack". Ecology Letters 16 : 835-843 (2013)

Flux souterrains

Le phosphore, l'azote, le carbone et d'autres nutriments circulent dans les réseaux mycorhiziens selon des schémas complexes. Pour comprendre comment les champignons coordonnent les flux, les chercheurs surveillent simultanément l'architecture des réseaux ainsi que la direction et la vitesse des flux au sein des réseaux.

Comment les champignons contrôlent-ils les flux de nutriments dans leurs réseaux vastes et complexes ? Les réseaux fongiques baignent dans un riche champ d'informations sensorielles et doivent intégrer un ensemble complexe de stimuli chimiques, physiques et environnementaux. Les réseaux fongiques doivent constamment se remodeler, envoyant du carbone aux extrémités des plantes pour construire de nouvelles routes commerciales, et collecter des nutriments, comme le phosphore et l'azote, pour les envoyer aux racines des plantes. Les scientifiques étudient les schémas d'écoulement complexes à l'intérieur des réseaux fongiques afin de découvrir comment nous pouvons mieux exploiter le pouvoir des associations mycorhiziennes pour stocker le carbone et préserver la santé des écosystèmes.

SOURCES
Whiteside MD. et al. "Mycorrhizal Fungi Respond to Resource Inequality by Moving Phosphorus from Rich to Poor Patches across Networks". Curr Biol.(12) 2019 doi : 10.1016/j.cub.2019.04.061

Bago B. et al. "Translocation and utilization of fungal storage lipid in the arbuscular mycorrhizal symbiosis". Plant Physiol. (1) 2002.

L. Oyarte Galvez, AMOLF
LES QUATRE TYPES DE CHAMPIGNONS MYCORHIZIENS

Il existe quatre principaux types d'association mycorhizienne. Chaque type interagit avec les plantes de différentes manières et diffère dans sa capacité à stocker du carbone et à rechercher des nutriments.

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Prairies

CHAMPIGNONS MYCORHIZIENS À ARBUSCULES

Les champignons mycorhiziens arbusculaires sont la forme ancienne et ancestrale de la symbiose mycorhizienne. Ces champignons ont joué un rôle clé dans le déplacement des ancêtres des plantes sur la terre ferme. Lorsque les premières racines sont apparues, l'association mycorhizienne avait déjà quelque 50 millions d'années.

Les plantes associées à des champignons mycorhiziens à arbuscules représentent environ 70 % de la biomasse végétale mondiale.

Physiologiquement, les champignons mycorhiziens à arbuscules forment des structures intracellulaires dans les racines appelées arbuscules. Arbuscule signifie "organe ramifié ressemblant à un arbre". Cela s'explique par le fait que les arbuscules ressemblent à des mini-arbres à l'intérieur des racines des plantes. Les arbuscules sont les principaux sites d'échange de nutriments entre les plantes et les champignons. Les plantes associées aux champignons mycorhiziens à arbuscules représentent environ 70 % de la biomasse végétale mondiale, y compris toutes les principales cultures, ce qui en fait l'une des relations symbiotiques les plus importantes sur Terre.

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Forêt

CHAMPIGNONS ECTOMYCORHIZIENS

Les arbres de la plupart des forêts boréales et tempérées dépendent d'associations ectomycorhiziennes. Les associations ectomycorhiziennes ont évolué plus de soixante-dix fois depuis le premier mouvement des plantes sur la terre ferme. Ces champignons forment un manchon mycélien autour de l'extrémité des racines des plantes, appelé "filet de Hartig", où s'effectue l'échange de nutriments et de carbone. Contrairement aux champignons mycorhiziens à arbuscules, les champignons ectomycorhiziens ne se développent pas dans les cellules végétales ("ecto" signifie extérieur).

Le mode de vie ectomycorhizien a évolué indépendamment plus de 70 fois différentes

Les champignons ectomycorhiziens ont évolué à partir de champignons décomposeurs vivant librement et conservent une large gamme d'enzymes qui leur permettent de dégrader des substances complexes dans les sols. Les champignons ectomycorhiziens sont d'excellents butineurs et sont capables d'obtenir des nutriments inaccessibles aux champignons mycorhiziens à arbuscules. Ils ont besoin de plus d'énergie de la part de leurs partenaires végétaux que les champignons mycorhiziens à arbuscules, et ont tendance à établir des relations avec les arbustes et les arbres.


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CHAMPIGNONS MYCORHIZIENS DES ORCHIDÉES

CHAMPIGNONS MYCORHIZIENS DES ORCHIDÉES

La plupart des plantes fournissent à leurs partenaires mycorhiziens du carbone en échange de nutriments minéraux. Les orchidées sont capables de faire quelque chose de différent, et obtiennent à la fois du carbone et des nutriments minéraux de leurs partenaires fongiques pendant au moins une partie de leur vie.

~17 000 espèces d'orchidées dépendent de partenariats fongiques très spécialisés pour leurs nutriments.

De toutes les familles de plantes, les orchidées sont les plus diverses, et les champignons mycorhiziens spécifiques aux orchidées pourraient avoir joué un rôle dans leur succès évolutif. Il existe 250 espèces d'orchidées qui ont perdu la capacité de photosynthétiser entièrement, et qui acquièrent tout le carbone et les nutriments dont elles ont besoin pour survivre grâce à leurs partenaires fongiques.


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CHAMPIGNONS MYCORHIZIENS ÉRICOÏDES

CHAMPIGNONS MYCORHIZIENS ÉRICOÏDES

Les champignons mycorhiziens éricoïdes établissent des relations avec les plantes de la famille des Ericaceae, qui comprend la bruyère, les myrtilles et les airelles. On les trouve le plus souvent dans les sols acides et infertiles, notamment dans les tourbières, les landes et les forêts boréales.

Les champignons mycorhiziens éricoïdes produisent des enzymes qui leur permettent de décomposer des molécules organiques complexes.

Les champignons mycorhiziens éricoïdes forment des serpentins dans les cellules des racines de leurs partenaires végétaux plutôt que des arbuscules, et produisent des enzymes qui leur permettent de décomposer des molécules organiques complexes.