New insights into black truffle biology: discovery of the potential connecting structure between a Tuber aestivum ascocarp and its host root A Deveau, P Clowez, F Petit, JP Maurice, F Todesco, C Murat, M Harroué, … Mycorrhiza 29 (3), 219-226

Abstract

According to isotopic labeling experiments, most of the carbon used by truffle (Tuber sp.) fruiting bodies to develop underground is provided by host trees, suggesting that trees and truffles are physically connected. However, such physical link between trees and truffle fruiting bodies has never been observed. We discovered fruiting bodies of Tuber aestivum adhering to the walls of a belowground quarry and we took advantage of this unique situation to analyze the physical structure that supported these fruiting bodies in the open air. Observation of transversal sections of the attachment structure indicated that it was organized in ducts made of gleba-like tissue and connected to a network of hyphae traveling across soil particles. Only one mating type was detected by PCR in the gleba and in the attachment structure, suggesting that these two organs are from maternal origin, leaving open the question of the location of the opposite paternal mating type.

Are bacteria responsible for aroma deterioration upon storage of the black truffle Tuber aestivum: A microbiome and volatilome study M Vahdatzadeh, A Deveau, R Splivallo Food Microbiology, 103251

Abstract

Truffle fungi, luxurious food items with captivating aromas, are highly valued in the culinary world. However, truffles are perishable and their aroma undergoes deep changes upon storage. Additionally, truffle aroma might be partially derived from microbes. Hence, we investigated here the influence of storage on two factors, namely the volatile profile and bacterial community composition in the black truffle Tuber aestivum. The possible linkage among those factors was further explored.

Our results demonstrate important changes in the volatile profiles of truffles over nine days of storage at room temperature. In the same time frame, dominant bacterial classes characteristic of fresh truffles (α-Proteobacteria, β-Proteobacteria, and Sphingobacteria classes) were gradually replaced by food spoilage bacteria (γ-Proteobacteria and Bacilli classes). Freshness and spoilage volatile markers (i.e. dimethyl sulfide (DMS), butan-2-one, 2- and, 2- and 3-methylbutan-1-ol, and 2-phenylethan-1-ol) were identified. Lastly, network analysis showed correlations between those markers and specific bacterial classes typical of fresh and spoiled truffles.

Overall, our results demonstrate the profound effect of storage on the aroma and bacterial community composition of truffles and highlight how the gradual replacement of the commensal microbiome by spoilage microbes mirrors shifts in aroma profile and the possible loss of fresh truffle flavor.

Increasing access to microfluidics for studying fungi and other branched biological structures LJ Millet, J Aufrecht, J Labbé, J Uehling, R Vilgalys, ML Estes, … Fungal Biology and Biotechnology 6 (1), 1

Background

Microfluidic systems are well-suited for studying mixed biological communities for improving industrial processes of fermentation, biofuel production, and pharmaceutical production. The results of which have the potential to resolve the underlying mechanisms of growth and transport in these complex branched living systems. Microfluidics provide controlled environments and improved optical access for real-time and high-resolution imaging studies that allow high-content and quantitative analyses. Studying growing branched structures and the dynamics of cellular interactions with both biotic and abiotic cues provides context for molecule production and genetic manipulations. To make progress in this arena, technical and logistical barriers must be overcome to more effectively deploy microfluidics in biological disciplines. A principle technical barrier is the process of assembling, sterilizing, and hydrating the microfluidic system; the lack of the necessary equipment for the preparatory process is a contributing factor to this barrier. To improve access to microfluidic systems, we present the development, characterization, and implementation of a microfluidics assembly and packaging process that builds on self-priming point-of-care principles to achieve “ready-to-use microfluidics.”

Results

We present results from domestic and international collaborations using novel microfluidic architectures prepared with a unique packaging protocol. We implement this approach by focusing primarily on filamentous fungi; we also demonstrate the utility of this approach for collaborations on plants and neurons. In this work we (1) determine the shelf-life of ready-to-use microfluidics, (2) demonstrate biofilm-like colonization on fungi, (3) describe bacterial motility on fungal hyphae (fungal highway), (4) report material-dependent bacterial-fungal colonization, (5) demonstrate germination of vacuum-sealed Arabidopsis seeds in microfluidics stored for up to 2 weeks, and (6) observe bidirectional cytoplasmic streaming in fungi.

Conclusions

This pre-packaging approach provides a simple, one step process to initiate microfluidics in any setting for fungal studies, bacteria-fungal interactions, and other biological inquiries. This process improves access to microfluidics for controlling biological microenvironments, and further enabling visual and quantitative analysis of fungal cultures.

Title of the thesis:
Study and inference of dispersion during clonal colonization waves in the poplar rust fungus

Advisors:
Pascal FREY (Senior scientist), director of the thesis
Fabien HALKETT (Junior scientist), co-director of the thesis

Host laboratory
Department of Tree – Microbe Interactions, INRA / University of Lorraine, INRA Grand Est Nancy research centre, 54280 Champenoux

Funding : INRA and ANR (French National Research Agency). Duration 3 years. Monthly net salary about €1400.

Thesis summary
The main objective of this thesis is to study the conditions of emergence of spatial genetic structures during waves of clonal propagation. The thesis proposes to explore this question both theoretically, using simulation, but also empirically, using datasets collected in a particular ecological system. This ecological system allows us studying recurrent invasive dynamics. In the Durance River valley, which forms a veritable ecological corridor, clonal epidemics of poplar rust develop each year, spreading from upstream to downstream along the wild poplar riparian forest. This ecological system has already been well described by the host team and many data are available for the realization of the thesis. This project aims to form an original and significant contribution, not only to the study of clonal population genetics (with the ultimate goal of developing a dispersion inference tool) but also in the field of propagation fronts, a field that is currently very active but has remained mainly confined to theoretical demonstrations.

Application
Send CV, cover letter and contact details of two referees to Fabien Halkett (fabien.halkett@inra.fr) before September 1, 2019.

Required skills
The candidate should have good skills in population genetics, modeling, ecology and evolutionary biology. A strong taste for teamwork is essential. Knowledge of French will be an asset.

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Titre du sujet de thèse :
Etude et inférence de la dispersion lors de vagues de colonisation clonales chez un champignon phytopathogène responsable de la rouille du peuplier

Encadrants :
Pascal FREY (DR2, HDR), directeur de la thèse
Fabien HALKETT (CRCN), co-directeur de la thèse

Laboratoire d’accueil :
UMR Interactions Arbres – Microorganismes
INRA/Université de Lorraine
Centre INRA Grand Est Nancy
54280 Champenoux

Université d’inscription de l’étudiant en thèse : Université de Lorraine

Financement : INRA (Département EFPA) et ANR. Durée 3 ans. Salaire mensuel net environ 1400€.

Résumé de la thèse
L’objectif majeur de cette thèse est d’étudier les conditions d’émergence de structures génétiques spatiales lors de vagues de propagation clonale. La thèse se propose d’explorer cette question à la fois sous l’angle théorique, à l’aide de simulations, mais également sous l’angle empirique, à l’aide de jeux de données collectées dans un système écologique particulier. Celui-ci présente l’avantage de pouvoir étudier des dynamiques invasives récurrentes. Dans la vallée de la Durance, qui forme un véritable corridor écologique, se développent chaque année des épidémies clonales de rouille du peuplier qui se propagent d’amont en aval le long de la ripisylve. Ce système écologique a déjà été bien décrit par l’équipe d’accueil et de nombreuses données sont disponibles pour la réalisation de la thèse. Ce projet a pour ambition de former une contribution originale et significative, non seulement à l’étude de génétique des populations clonales (avec pour but ultime de développer un outil d’inférence de la dispersion) mais également dans le domaine d’étude des fronts de propagation, domaine actuellement très actif mais qui est resté cantonné principalement à des démonstrations théoriques.

Candidature :
Envoyer un CV, une lettre de motivation et les coordonnées de 2 personnes de référence à Fabien Halkett (fabien.halkett@inra.fr) avant le 1er septembre 2019.

Compétences recherchées
Le(la) candidat(e) devra avoir de bonnes compétences en génétique des populations, modélisation, écologie et biologie évolutive. Un goût prononcé pour le travail en équipe est indispensable.

Jean Legeay soutiendra sa thèse intitulée:

“Ecologie des Oomycètes et champignons phytopathogènes dans les sols des forêts de Guyane Française : éclairages sur les relations spécifiques entre les communautés de Phytophthora et d’arbres”

dans la salle de conférence du bâtiment des SDAR le vendredi 21 juin à 9h00.

Résumé:

Les mécanismes expliquant le maintien de la diversité végétale dans les forêts tropicales sont mal connus. Une hypothèse particulièrement étudiée est l’hypothèse Janzen-Connell qui postule que ces mécanismes sont essentiellement causés par les interactions entre les plantes et leurs ennemis naturels, en particulier les organismes pathogènes. Dans cette thèse, nous nous sommes donc intéressés aux agents pathogènes présents dans les sols d’une forêt néotropicale guyanaise et à leur lien de spécificité avec les plantes. Dans le cas où l’hypothèse Janzen-Connell serait vérifiée, on peut s’attendre à ce que les plantes structurent les communautés de micro-organismes pathogènes. Nos travaux se sont focalisés sur les Oomycètes et en particulier les Phytophthora, pathogènes des arbres très importants, mais nous nous sommes aussi intéressés aux champignons pathogènes.
Ainsi, nous avons développé et comparé des jeux d’amorces PCR spécifiques des Phytophthora et des Péronosporomycètes afin d’étudier ces organismes par metabarcoding. Ces amorces ont ensuite servi à étudier la diversité des communautés de Phytophthora dans des échantillons de sols de deux sites forestiers de Guyane Française prélevés au pied d’arbres appartenant à 10 familles végétales. Une faible diversité a été retrouvée, avec seulement 8 espèces ou taxons en tout, et la très large dominance d’un complexe d’espèces Phytophthora heveae. La structuration par la plante-hôte de ces communautés est plutôt faible. Dans une étude complémentaire, nous avons analysé la diversité des Oomycètes (dont le genre Phytophthora) et des champignons pathogènes dans les sols et les litières de six plantations monospécifiques et au sein d’une forêt naturelle de Guyane Française. La structuration par l’hôte s’est avérée nulle pour les Oomycètes et faible, bien que significative, pour les champignons pathogènes. Enfin, nous n’avons pas réussi à déclencher expérimentalement des mortalités ou dépérissements par des Oomycètes sur le wacapou, une espèce d’arbre guyanaise, via des inoculations de sols de forêt.
Au final, les résultats de cette thèse ne supportent pas l’hypothèse selon laquelle les Oomycètes seraient d’importants acteurs du maintien de la diversité végétale dans les forêts tropicales. Par ailleurs, ils nous interrogent sur la faible diversité de ce groupe de microorganismes dans les sols et litières dans un hotspot de diversité végétale.

Determinants of inoculum production in the ash dieback fungus, Hymenoscyphus fraxineus

Thesis supervisor B. Marçais (benoit.marcais@inra.fr), Thesis Co-Director Marc Buée (UMR IAM, INRA Nancy)

The introduction of exotic fungal species is an important cause of the emergence of forest tree diseases and these invasive pathogens often cause devastating epidemics in forests. Control measures are limited and a better understanding of natural regulations is essential for the development of effective strategies to manage these invasions. Among the possible regulations, the Allee effect (limitation of population growth at low density) or the effect of microflora associated with inoculum reservoirs are poorly characterized for many forest fungal pathogens. The thesis will focus on Chalara ash dieback, a disease that emerged in France in 2008 and has since greatly reduced stand productivity, questioning the interest of this species as a forest species.

The objective of this project will be to better understand what conditions the production of inoculum of H. fraxineus in forest stand litter on a density gradient of the host, the ash tree. We will rely on two existing networks on which a strong relationship between host density and ash dieback severity has been identified (network of forest stands set up to study the effect of density and mixing on ash growth, network of stands on a locality to study the effect of the landscape on disease evolution). Two questions will be examined in more detail: 1) Do the possibilities of encounter of sexual partners generate a significant Allee effect at low host density for H. fraxineus? Can this possible limitation of inoculum production coupled with the limits of dispersion of the pathogenic fungus explain a threshold effect for the development of the epidemic in isolated and small ash populations? 2) Does the microbiota associated with ash rachis present in the litter respond to host density in the stand and can this affect inoculum production along an ash density gradient?

This thesis will be carried out using a dual approach of modeling and studies of fungal communities associated with ash rachis in litter by metabarcoding. The modeling part will extend the work done in Dr. Grosdidier’s thesis that generated the relevant data. The co-supervisors have extensive experience of collaborating on the study of fungal and forest oomycete communities. This work is part of the H2020 HOMED project (“Holistic Management of Emerging forest pests and Diseases”, 2018-22), which provides funding for the PhD grant and will provide a promising scientific framework on the biology of fungi and invasive insects.

Applications will be considered in the last week of July (application before July 22, 2019).

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Déterminants de la production d’inoculum chez Hymenoscyphus fraxineus, agent de la chalarose du frêne

Direction de thèse B. Marçais (benoit.marcais@inra.fr), Codirection de thèse Marc Buée (UMR IAM, INRA Nancy)

L’introduction d’espèces fongiques exotiques est une cause très importante d’émergence de maladies des arbres forestiers et ces agents pathogènes invasifs provoquent souvent des épidémies dévastatrices dans le domaine forestier. Les moyens de lutte sont réduits et une meilleure compréhension des régulations naturelles est indispensable au développement de stratégies efficaces de gestion de ces invasions. Parmi les régulations possibles, les effets Allee (limitation de la croissance de la population à faible densité) ou l’effet des microflores associées aux réservoirs d’inoculum sont mal caractérisés pour de nombreux agents pathogènes fongiques forestiers. La thèse portera sur la chalarose du frêne, une maladie qui a émergé en France en 2008 et a depuis fortement réduit la productivité des peuplements, remettant en cause l’intérêt de cette espèce comme essence forestière.

L’objectif de ce projet sera de mieux comprendre ce qui conditionne la production d’inoculum d’H. fraxineus dans la litière des peuplements forestiers sur un gradient de densité de l’hôte, le frêne. Nous nous appuierons sur deux réseaux existants sur lesquels une forte relation entre densité d’hôte et sévérité de la chalarose ont été mis en évidence (réseau de placettes mis en place pour étudier l’effet de la densité et du mélange sur la croissance du frêne, réseau de placettes sur une commune pour étudier l’effet du paysage sur l’évolution de la maladie). Deux questions seront examinées de façon plus détaillée : 1) Est-ce que les possibilités de rencontre des partenaires sexuels génèrent un effet Allee significatif à faible densité d’hôte pour H. fraxineus ? Est-ce que cette limitation éventuelle de la production d’inoculum couplée aux limites de la dispersion du champignon pathogène peut expliquer un effet de seuil pour le développement de l’épidémie dans des populations de frênes isolées et de petite taille ? 2) Le microbiote associé aux rachis de frênes présents dans la litière répond-il à la densité de l’hôte dans le peuplement et cela peut-il affecter la production d’inoculum le long d’un gradient de densité de frênes ?

Cette thèse sera réalisée par une double approche de modélisation et d’études des communautés fongiques associées aux rachis de frênes dans la litière par métabarcoding. La partie de modélisation prolongera le travail réalisé dans le cadre de la thèse de M. Grosdidier qui a permis de générer les données pertinentes. Les co-encadrants ont une solide expérience de collaboration sur l’étude des communautés fongiques et d’oomycètes forestières. Ce travail s’intègre dans le projet H2020 HOMED (« Holistic Management of Emerging forest pests and Diseases », 2018-22) qui apporte le financement de la bourse et fournira un cadre scientifique porteur sur la biologie des champignons et insectes invasifs.

Les candidatures seront examinées dans la dernière semaine de juillet (candidature avant le 22 juillet 2019).

Bioinformatics matters: The accuracy of plant and soil fungal community data is highly dependent on the metabarcoding pipeline C Pauvert, M Buée, V Laval, V Edel-Hermann… – Fungal Ecology, 2019

Abstract

Fungal communities associated with plants and soilinfluence plant fitness and ecosystem functioning. They are frequently studied by metabarcoding approaches targeting the ribosomal internal transcribed spacer (ITS), but there is no consensusconcerning the most appropriate bioinformaticapproach for the analysis of these data. We sequenced an artificial fungal community composed of 189 strainscovering a wide range of Ascomycota and Basidiomycota, to compare the performance of 360 software and parameter combinations. The most sensitive approaches, based on the USEARCH and VSEARCH clustering algorithms, detected almost all fungal strains but greatly overestimated the total number of strains. By contrast, approaches using DADA2 to detect amplicon sequence variants were the most effective for recovering the richness and composition of the fungal community. Our results suggest that analyzing single forward (R1) sequences with DADA2 and no filter other than the removal of low-quality and chimeric sequences is a good option for fungal community characterization.

Plant intraspecific variation modulates nutrient cycling through its belowground rhizospheric microbiome L Pérez‐Izquierdo, M Zabal‐Aguirre… – Journal of Ecology

Summary

1.Plant genetic variation, through its phenotypic display, can determine the composition of belowground microbial communities. Variation within a species is increasingly acknowledged to have substantial ecological consequences, particularly through trophic cascades. We hypothesised that the intraspecific genotypic variation of the tree host might impact the phylogenetic composition of its rhizospheric microbial communities, by favouring particular clades, that might be further reflected in ecosystem process rates.

2.We tested whether the intraspecific genotypic variation of Pinus pinastermodulates nutrient cycling by determining the phylogenetic structure of its symbiotic ectomycorrhizal fungi and rhizospheric bacteria. We sequenced fungal and bacterial molecular markers and reconstructed phylogenies in the rhizosphere of P. pinaster trees belonging to three genotypic variants (Mediterranean, Atlantic, African) in three 45‐year‐old common garden experiments, and measured seven soil enzymatic activities.

3.Local effects, based on differences in elevation and soil conditions across sites, were strong predictors of the ectomycorrhizal and bacterial communities thriving in tree’s rhizosphere. Across‐site variation also explained differences in phosphorus cycling. We detected, however, a significant effect of the plant genotype on the phylogenetic structure of the root‐associated microbiota that was consistent across sites.

4.The most productive Mediterranean plant genotype sheltered the most distinct root microbiome, with the dominant Basidiomycetes and Proteobacteria having a strong influence on the phylogenetic microbial community structure and associating with an enhanced hydrolysis of celluloses, hemicelluloses and chitin. Beneath the less productive Atlantic genotype, the less abundant Ascomycetes and up to thirteen bacterial phyla shaped the phylogenetic microbial structure, and predicted the rates of peptidase. Ectomycorrhizal fungi explained the activity of cellulases and protease, and bacteria that of hemicellulases and chitinase, suggesting functional complementarity.

5.Synthesis: This is the first report using three‐replicated long‐term common gardens in mature forests to disentangle plant genotype‐ and site‐specific drivers of the rhizospheric microbiome and its enzymatic potential. We concluded that intraspecific variation in primary producers leaves a phylogenetic signature in mutualists and decomposers that further modulate key steps in carbon and nitrogen cycles. These results emphasise the ecological relevance of plant intraspecific diversity in determining essential plant‐soil feedbacks that control ecosystem productivity and performance.

Is there a role for glutaredoxins and BOLAs in the perception of the cellular iron status in plants? P Rey, M Taupin-Broggini, J Couturier, F Vignols, N Rouhier Frontiers in Plant Science 10, 712

Abstract

Glutaredoxins (GRXs) have at least three major identified functions. In apoforms, they exhibit oxidoreductase activity controlling notably protein glutathionylation/deglutathionylation. In holoforms, i.e. iron-sulfur (Fe-S) cluster-bridging forms, they act as maturation factors for the biogenesis of Fe-S proteins or as regulators of iron homeostasis contributing directly or indirectly to the sensing of cellular iron status and/or distribution. The latter functions seem intimately connected with the capacity of specific GRXs to form [2Fe-2S] cluster-bridging homodimeric or heterodimeric complexes with BOLA proteins. In yeast species, both proteins modulate the localization and/or activity of transcription factors regulating genes coding for proteins involved in iron uptake and intracellular sequestration in response notably to iron deficiency. Whereas vertebrate GRX and BOLA isoforms may display similar functions, the involved partner proteins are different. We perform here a critical evaluation of the results supporting the implication of both protein families in similar signaling pathways in plants and provide ideas and experimental strategies to delineate further their functions.