FA 3.4 - Diversité et rôle des communautés fongiques symbiotiques dans le fonctionnement et régénération des écosystèmes

Justificatif /Enjeux:

La forêt pluviale de l’Est Cameroun reste l’une des dernières zones forestières où des îlots vierges subsistent encore dans le Bassin du Congo. Mais, sa conservation est aujourd’hui menacée par la future exploitation minière, en plus de l’exploitation agricole et forestière. Cependant, les facteurs écologiques qui assurent en ce moment leur fonctionnement et régénération naturelle restent peu maîtrisés. Or, cette forêt abrite l’une des plus grandes biodiversités fongiques dont dépendent la plupart des grands arbres de forêts tropicales humides pour leur survie, croissance et développement. Ces arbres forment des associations symbiotiques avec des groupes spécifiques de champignons dont certaines espèces constituent une importante source alimentaire pour les populations locales, surtout pendant les périodes de soudure, formant des peuplements oligo- ou monospécifiques avec certaines essences des familles de Césalpiniacées (dont Gilbertiodendron) et de Phyllantacées (Uapaca). Dans l’ensemble du Bassin du Congo, ces peuplements occupent parfois à 90% de la strate arborée sur de vastes étendues comme les forêts à Gilbertiodendron dewevrei dans le Parc National du Dja (Sud-est Cameroun) et de Microbelinia bisulcata dans le Parc National de Korup (Sud-ouest Cameroun) ; ailleurs, au Cameroun, de la côte océanique vers Kribi à l’extrême Est vers Yokadouma, ces peuplements co-existent avec d’autres forêts mixtes sans que les facteurs qui expliquent leur fonctionnement actuel et régénération naturelle soient déterminés.

Apparemment, les peuplements forestiers symbiotiques de certaines espèces de champignons asco- et basidiomycètes sont oligo- ou monodominants, forment des canopées très fermées avec une importante litière et un faible recyclage de la matière organique. Ce qui appauvrit considérablement les sols sous peuplements forestiers, justifiant que les populations locales ne les utilisent pas pour l’agriculture, même lorsqu’ils sont situés à proximité des terroirs villageois (Onguene & Kuyper, 200). Dans ces faciès forestiers, la régénération naturelle apparaît bonne parce que les racines de jeunes plants sous pénombre intègreraient les systèmes racinaires des arbres-mères. Ce qui leur conférerait un avantage nutritionnel compétitif parce que les jeunes et grands arbres partageraient des assemblages variés et divers de champignons symbiotiques dont certaines espèces comme les chanterelles sont fortement appréciées par les populations locales. En somme, les peuplements forestiers symbiotiques constituent les « hot spots » de biodiversité fongique des forêts tropicales humides. Arbres de toute classe d’âge sont associées étroitement avec des espèces de champignons pour former un mutualisme stable et séculaire, indispensable aux deux partenaires, appelé ectomycorhize (ECM) : l’un ne peut survivre sans l’autre. Ce qui expliquerait la stabilité fonctionnelle et régénérative des écosystèmes forestiers du Bassin du Congo, et de l’Est Cameroun. Devant les menaces liés à la mise en valeur des forêts humides du Cameroun, il manque cruellement des connaissances et informations sur les facteurs pédo-climatiques, les mécanismes et processus hysiologiques et phénologiques qui assurent le fonctionnement actuel et la régénération naturelle des écosystèmes forestiers tropicaux dont certains grands arbres ont été datés à 800 ans au moins.

Objectifs:

  • Établir des relations entre la distribution des champignons ectomycorhiziens et les facteurs physiographiques et phytosociologiques des peuplements forestiers symbiotiques incluant les peuplements à Gilbertiodendron dewevrei ;
  • Déterminer l’impact des caractéristiques physico-chimiques des sols sur la diversité des champignons ectomycorhiziens ;
  • Étudier la diversité et la spécificité des champignons ectomycorhiziens et des ECM des arbres-mères et leurs jeunes plants;
  • Vérifier par des méthodes d’écologie moléculaire que les arbres-mères et leurs jeunes plants partagent, en partie au moins les mêmes réseaux ectomycorhiziens, voire identifier des partenaires spécifiques des jeunes plants ;
  • Déterminer les profils d’activités enzymatiques des ECM susceptibles de mobiliser les nutriments issus du sol et de la litière ;
  • Déterminer l’impact des réseaux ectomycorhiziens sur la croissance et la survie des jeunes plants sous le houppier des arbres-mères ;
  • Quantifier par des méthodes isotopiques d’éventuels transferts de C et N des arbres-mères aux jeunes plants via les réseaux ectomycorhiziens.

Etat de l'art

La symbiose ectomycorhizienne est une association mutualiste entre les racines fines des arbres et des champignons du sol, qui se traduit par la formation d’ECM et l’apparition d’organes sporofères appelés sporophores visibles à proximité de la plante hôte (Bâ et al., 2010). L’ECM assure une bonne alimentation en eau, macroéléments (P, N, K) et oligo-éléments (Zn, Cu) de la plante hôte. Elle développe pour cela un réseau mycélien qui explore un grand volume de sol et mobilise ainsi les nutriments essentiels. En retour, la plante autotrophe fournit au champignon hétérotrophe des photosynthétats nécessaires à son métabolisme. Dans les écosystèmes forestiers tropicaux, des champignons sont capables de coloniser à la fois les racines des jeunes plants et des arbres-mères de même espèce ou d’espèces différentes et d’établir ainsi des réseaux ectomycorhiziens communs (Diédhiou et al., 2010). Par le biais des réseaux ectomycorhiziens, les arbres établis peuvent aider de différentes façons les jeunes plants: (i) les champignons déjà nourris par les arbres adultes représentent un inoculum peu coûteux en photosynthétats pour les plantules dont ils assurent la régénération et la survie (Onguene & Kuyper, 2002), (ii) des transferts de substrats carbonés et azotés sont possibles des arbres matures vers plantules en régénération (Simard et al., 1997) ; de tels échanges sont bien établis chez certaines plantes de sous-bois non chlorophylliennes dites mycohétérotrophes ou des espèces mixotrophes d’Orchidées ou d’Éricacées qui, en plus de leur photosynthèse, s’alimentent en C et N issus de plantes photosynthétiques (Tedersoo et al., 2007), (iii) des transferts d’eau entre plantes de même espèce ou d’espèces différentes assureraient la survie et la croissance des plantules dans des conditions de stress hydrique (Warren et al., 2008). Les communautés fongiques symbiotiques contribuent ainsi au fonctionnement et à la régénération des écosystèmes forestiers. Cependant, peu d’informations sont disponibles sur la structure et le fonctionnement des écosystèmes tropicaux en particulier les forêts monospécifiques à G. dewevrei qui abritent une abondante diversité fongique unique au monde (Buyck et al., 1996 ; Fao 2006).

Démarches/méthodes/sites/instruments:

Trois parcelles d’environ 5000 m², distantes d’environ 1 km chacune, matérialisées dans un peuplement à G. dewevrei dans la localité de Ngoïla au Sud du Cameroun ; Echantillonnage de sporophores, d’ECM et de sols ; description et identification des sporophores et des ECM ; séquençage  de régions polymorphes (ITS, 28S LSU) de l’ADNr fongique; analyse des activités enzymatiques d’ECM avec un lecteur fluoreskan ; analyse isotopique (13C et 15N) des transferts de nutriments par spectrométrie de masse.

Résultats attendus:

  • Connaissance des champignons inféodés aux arbres à ECM ;
  • Connaissance des mécanismes de la régénération naturelle en particulier de G. dewevrei ;
  • Définir des itinéraires techniques de régénération forestière.
Références:

Bâ, AM., Diédhiou, AG., Prin, Y., Galiana, A., Duponnois, R. (2010) Management of ectomycorrhizal symbionts associated to useful exotic tree species to improve reforestation performances in tropical Africa. Ann. For. Sci.67(301): 1-9.

Buyck B, Thoen D & Watling R (1996) Ectomycorrhizal fungi of the Guineo-Congo Region. Proceedings of the RoyalSociety of Edinburgh 104B : 313-333.

Diédhiou, AG., Selosse,MA., Galiana, A., Diabaté, M., Dreyfus, B., Bâ, AM, de Faria, MS, Béna, G. (2010) Multi-host ectomycorrhizal fungi are predominant in a Guinean tropical rainforest and shared between canopy trees and seedling. Environmental Microbiology 12 (8), 2219-2232.

FAO (2006) Champignons comestibles sauvages. Vue d’ensemble sur leurs utilisations et leur importance pour les populations. Produits forestiers 17, FAO, Fiat Paints, 157pp

Hart TB (1995) Seed, seedling and sub-canopy survival in monodominant and mixed forests of the Ituru forest, Africa. Journal of Tropical Ecology 11 : 443-459.

Onguene NA & Kuyper TW (2002) Importance of the ectomycorrhizal network for seedling survival and ectomycorrhiza formation in rain forests of South Cameroon. Mycorrhiza 12 : 13-17.

Michaella Ebenye H.C.M. (2010) Analyse de la diversité des champignons ectomycorhiziens des arbres-mères de Gilbertiodendron dewevrei et de leurs jeunes plants dans une forêt tropicale humide du Dja au Cameroun. Mémoire de Master 2, UCAD, 49 p.

Simard SW, Perry DA, Jones MD, Myrold DD, Durall DM & Molina R (1997) Net transfer of carbon between ectomycorrhizal tree species in the field. Nature 388 : 579-582.

Tederssoo L, Pellet P, Koljalg U & Selosse MA (2007) Parallel evolutionary paths to mycoheterotrophy in understorey Ericaceae and Orchidaceae: ecological evidence for mixotrophy in Pyroleae. Oecologia 151: 206-217.

Warren JM, Renée Brooks J, Meinzre FC & Eberhart JL (2008) Hydraulitic redistribution of water from Pinus ponderosa trees to seedlings : evidence for an ectomycorrhizal pathway. New Phytologist 178 : 382-394.