Thèse 'Rôle des Champignons Endophytes dans la Résilience des Chênes Quercus Spp. Face au Stress Hydrique Étude Comparative Entre les Pedregals de Mexico et les Sols Urbains Dégradés en France' H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SEVAB - Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingenieries Laboratoire de recherche : LRSV - Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales Direction de la thèse : Nathalie SEJALON-DELMAS ORCID 0000000344533864 Début de la thèse : 2027-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-16T23:59:59 Le changement climatique accroît la fréquence et l'intensité des sécheresses, mettant en danger les forêts urbaines, notamment les chênes (Quercus spp.), qui jouent pourtant un rôle essentiel dans la création d'îlots de fraîcheur et la réduction des effets des canicules. En ville, leur vulnérabilité est renforcée par le compactage et l'imperméabilisation des sols, la pollution et la diminution de la diversité microbienne.

Les champignons endophytes racinaires, notamment les mycorhizes et les endophytes non mycorhiziens, pourraient contribuer à améliorer la résistance des arbres au stress hydrique. Ils interviennent dans plusieurs mécanismes physiologiques, biochimiques et moléculaires, tels que la fermeture des stomates, l'accumulation d'osmolytes comme la proline et l'activation de gènes liés aux défenses antioxydantes. Toutefois, leur rôle chez les chênes urbains reste encore peu étudié.

Les pedregals de Mexico, des sols volcaniques particulièrement contraignants où les chênes ont développé des stratégies d'adaptation spécifiques - racines profondes, associations fongiques et feuilles sclérophylles - constituent un modèle naturel de résilience. L'objectif est d'étudier ces adaptations afin d'identifier des solutions transférables aux sols urbains dégradés en France, notamment grâce à l'inoculation de champignons bénéfiques et à l'amélioration de la structure des sols.

La thèse cherchera à déterminer comment les champignons endophytes peuvent renforcer la tolérance des chênes à la sécheresse en milieu urbain et dans quelle mesure les adaptations observées au Mexique peuvent inspirer des stratégies de restauration des sols en France. Elle comportera une approche comparative combinant des observations de terrain au Mexique, des expérimentations en laboratoire et des tests en conditions semi-contrôlées et urbaines en France.

Dans les pedregals de Mexico, des racines de chênes natifs, principalement Quercus rugosa, ainsi que des échantillons de sols seront collectés dans des zones restaurées et non restaurées. Les communautés fongiques seront caractérisées par séquençage ADN. Des mesures porteront également sur le potentiel hydrique foliaire, la conductivité hydraulique, la teneur en proline et autres osmolytes, l'activité antioxydante, ainsi que sur la texture, la porosité, la teneur en carbone et la capacité de rétention d'eau des sols.

En France, les souches fongiques isolées au Mexique seront cultivées puis inoculées sur de jeunes chênes français (Quercus robur) et mexicains. Ces plants seront soumis à un stress hydrique simulé par arrêt de l'irrigation. La réponse des arbres sera évaluée à travers la photosynthèse, la transpiration, la fermeture stomatique, l'accumulation de proline, l'activité des enzymes antioxydantes et l'expression de gènes associés au stress, notamment P5CS, SOD et CAT.
L'étude examinera également l'influence des champignons sur la porosité, la rétention d'eau et la matière organique du sol. Une plantation pilote sur des sols dégradés du campus de l'Université de Toulouse permettra enfin de tester ces solutions en conditions réelles.

L'originalité du projet repose sur la comparaison entre un écosystème naturel soumis à des conditions extrêmes et un environnement urbain dégradé, ainsi que sur l'articulation de plusieurs niveaux d'analyse, des mécanismes moléculaires au fonctionnement des sols et au microclimat urbain. Le projet vise à produire des connaissances scientifiques sur les interactions entre chênes et champignons, à identifier des marqueurs de résilience et à proposer des outils concrets pour la restauration des sols et les politiques de végétalisation urbaine. À terme, ces solutions pourraient favoriser des forêts urbaines plus résistantes à la sécheresse, contribuer à réduire les îlots de chaleur et renforcer la prise en compte de l'importance des sols vivants dans l'aménagement des villes. Context and Rationale
Climate change is increasing the frequency and intensity of droughts, threatening the survival of urban forests, particularly oak trees (Quercus spp.), which are nevertheless essential for creating cool islands and mitigating the effects of heatwaves. In urban environments, these trees are exposed to multiple stresses: soil compaction, soil sealing, pollution, and the loss of microbial diversity, all of which increase their vulnerability to drought.
How can endophytic fungi improve the resilience of oak trees to water stress in urban environments, and to what extent can the adaptive strategies observed in the pedregals of Mexico inspire solutions for degraded urban soils in France?
Root-associated endophytic fungi-including mycorrhizal fungi and non-mycorrhizal endophytes-are emerging as a promising solution for improving plant resilience. Their role in modulating physiological, biochemical, and molecular responses-such as stomatal closure, osmolyte accumulation, and the activation of antioxidant defense genes-has been demonstrated in several plant species, but remains poorly studied in urban oak trees (Zolfaghari, R., et al. 2022).
At the same time, the pedregals of Mexico-extreme volcanic soils where oak trees have developed unique adaptive strategies, including deep roots, fungal symbiosis, and sclerophyllous leaves-provide a natural model of resilience. In France, degraded urban soils require soil-engineering solutions to restore their functionality, particularly through the inoculation of beneficial fungi and the improvement of soil structure (Liu-Xu et al., 2024).
1. General Objective
Assess the potential of endophytic fungi as bio-inoculants to enhance drought tolerance in urban oak trees, by combining an ecological approach-fieldwork in Mexico-with an experimental approach involving laboratory experiments and controlled-condition trials in France.
2. Specific Objectives
- To characterize the endophytic fungal communities associated with oak trees in the pedregals of Mexico and determine their role in resilience to water stress and soil remediation.
- To identify the physiological, biochemical, and molecular mechanisms involved in this symbiosis, such as auxin and salicylic acid regulation, proline accumulation, and the expression of antioxidant genes.
- To test, in the laboratory in Toulouse, France, the effects of endophytic fungal strains isolated in Mexico on French oak trees (Quercus robur) and Mexican oak trees (Q. rugosa) subjected to simulated water stress (Bose, A. K., et al. ,2024.
- To assess the impact of these fungi on soil structure-including porosity, water retention, remediation of heavy metals and organic matter content-and their potential for urban soil engineering.
- Study site: Ecological reserves within the pedregals, such as the Reserva Ecológica del Pedregal de San Ángel, restored pedregals at the institute of geology (UNAM) and unrestored pedregals.
- Data collection:
o Sampling: Collection of roots from native oak trees (Quercus rugosa) and soil samples from restored areas-Geopedregals-and unrestored areas.
o Physiological measurements: Leaf water potential, hydraulic conductivity, proline and osmolyte content (Javed et al., 2022), and antioxidant activity.
o Soil analysis: Texture, porosity, carbon content, and water-holding capacity, heavy metals concentration.
2. Laboratory and Semi-Controlled Experiments in France
- Isolation and cultivation: Endophytic fungal strains collected in Mexico will be cultivated in vitro.
- Inoculation:
o Analysis of fungal communities: DNA sequencing and metabarcoding to identify the associated endophytic fungi.
o Inoculation of young French oak trees (Quercus robur) and Mexican oak trees with Mexican strains and French strains already available in the fungal culture collection.
o Application of water stress by withholding irrigation to simulate drought conditions.
o Measurements:
Physiological parameters, including photosynthesis, transpiration, and stomatal closure.
Biochemical parameters, including proline content and antioxidant enzyme activity.
Gene expression analysis using qPCR for stress-response genes such as P5CS, SOD, and CAT.
3. Application to Urban Soil Engineering
- Protocol development:
o Bio-inoculation: Optimization of methods for inoculating oak trees with fungi in nurseries.
o Testing under real-world conditions:
o Pilot planting on the campus of the University of Toulouse in degraded soils, with monitoring of tree survival and health after the summer drought.

Biologiste spécialiste en biologie végétale ou dans les interactions plantes-microorganismes
Compétences minimales demandées en biochimie, et microbiologie
Bases de la biologie moléculaire