PhD offer to be filled

Supervisor: Grégoire Freschet
Co-supervision : Nathalie Séjalon-Delmas

Key words
functional ecology; soil-plant interactions; biodiversity; mycorrhizae; agro-ecology; ecosystem functions

Profile and skills required
-Student with a very good academic level
-Knowledge in functional ecology
-Very good level of English

General presentation
This thesis will study the agronomic and environmental interest of varietal mixtures of forage plants, combined with the addition of plant symbionts. The importance of these two innovations (respectively low and high technology) will be tested on a set of ecosystem services (forage yields and quality, water and input control, soil fertility), under drought conditions typical of the South of France, in the theoretical and experimental ecology station of Moulis, Ariège.

Context
Diversity within ecosystems plays a major role in the regulation of ecosystem functions and services1,2. Several syntheses underline the influence of the diversity of plant root systems and their symbionts (mycorrhizal fungi and Rhizobium bacteria) on the multiple services provided by ecosystems3,4. In particular, a high diversity (specific, genotypic or functional diversity) of plants and symbionts can allow ecosystems to better withstand environmental fluctuations, both through a selection effect of the best adapted species5 , complementarity effects of the services rendered6 and the addition of specific tolerances by symbiotic organisms (e.g. better water acquisition and use) 7.
There is a real need for farmers, faced on the one hand with the dynamics of monetization of ecosystem services rendered and, on the other hand, with the increased risks associated with the intensification of drought periods, to find « ecologically intensive » adaptations. This thesis, both deeply applied and scientifically innovative, will be conducted between three research teams at the forefront of innovations in terms of biodiversity, agro-ecosystem functioning and soil biology. It is intended to be a model of multidisciplinarity and transmission of scientific knowledge to the agricultural world.

Objective
With respect to farmers, who are more and more strongly incited to implement « ecologically intensive » adaptations, it is urgent to use the perspectives offered by science to propose concrete innovative solutions. In particular, it is urgent to test, in various environmental and agronomic contexts, under which conditions and by which mechanisms plant diversity, in connection with the diversity of symbiotic organisms present in the soil, can benefit the functioning of agro-ecosystems. This thesis will focus on three central hypotheses:
(1) the diversity of plants and their root traits have a positive impact on the diversity of associations made with symbiotic organisms (mycorrhizae and Rhizobium) ;
(2) the diversity of plants and symbiotic organisms present in the soil positively influences the environmental services rendered by agro-ecosystems while guaranteeing a strong yield and forage quality;
(3) both types of diversity increase the resilience of the services rendered under increased drought conditions.

Expected results
Communication via high impact scientific articles.
Communication in international conferences.
Production of brochures for agricultural education stakeholders.
Production of brochures for associations and agricultural administrative institutions.

Financing
Financing of the functioning of the thesis ensured by a project of the Labex TULIP and financing of the Occitanie Region.

Envisaged collaborations
Concerning the measurements carried out on symbiotic organisms, collaborations with the Laboratory of Research in Plant Sciences (LRSV – UMR 5546) and the Laboratory of Plant-Microorganism Interactions (LIPM – UMR 2594) are planned. Within the LRSV, Prof. Guillaume Bécard and Prof. Christophe Roux will support, thanks to their expertise, the analyses that will be performed on mycorrhizal fungi. Dr. Benjamin Gourion, researcher at LIPM, will assist the analyses performed on Rhizobium bacteria.

International opening
Visits and collaborations with the British and Swiss teams of David Johnson and Marcel van der Heijden, respectively, will be planned.

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Offre de thèse

Encadrement : Grégoire Freschet
Co-encadrement : Nathalie Séjalon-Delmas

Mots clés
écologie fonctionnelle ; interactions sol-plantes ; biodiversité ; mycorhizes ; agro-écologie ; fonctions écosystémiques

Profil et compétences recherchées
-Etudiant de très bon niveau académique
-Connaissances en écologie fonctionnelle
-Très bon niveau d’anglais

Présentation générale
Cette thèse étudiera l’intérêt agronomique et environnemental de mélanges variétaux de plantes fourragères, combinés à des ajouts de symbiotes des plantes. L’importance de ces deux innovations (respectivement basse et haute technologie) sera testée sur un ensemble de services écosystémiques (rendements et qualité fourragères, contrôle de l’eau et des intrants, fertilité du sol), en conditions de sécheresse typique du Sud de la France, dans la station d’écologie théorique et expérimentale de Moulis, Ariège.

Contexte
La diversité au sein des écosystèmes a un rôle prépondérant sur la régulation des fonctions et services écosystémiques1,2. Plusieurs synthèses soulignent l’influence de la diversité des systèmes racinaires des plantes et de leurs symbiontes (champignons mycorhiziens et bactéries Rhizobium) sur les multiples services rendus par les écosystèmes3,4. Notamment, une forte diversité (diversité spécifique, génotypique ou fonctionnelle) des plantes et des symbiotes peut permettre aux écosystèmes de mieux résister aux fluctuations environnementales, à la fois par un effet de sélection des espèces les mieux adaptées5, des effets de complémentarité des services rendus6 et l’adjonction de tolérances spécifiques par les organismes symbiotiques (p. ex. une meilleure acquisition et utilisation de l’eau) 7.
Il existe un réel besoin pour les agriculteurs, confrontés d’une part à des dynamiques de monétarisation des services écosystémiques rendus et, d’autre part, à l’augmentation des risques liés à l’intensification des périodes de sécheresse, de trouver des adaptations « écologiquement intensives ». Cette thèse, à la fois profondément appliquée et scientifiquement innovante, sera conduite entre trois équipes de recherche à la pointe des innovations en terme de biodiversité, de fonctionnement des agro-écosystèmes et de biologie du sol. Elle se veut un modèle de pluridisciplinarité et de transmission des connaissances scientifiques vers le monde agricole.

Objectif
Vis-à-vis des agriculteurs, qui sont de plus en plus fortement incités à mettre en place des adaptations « écologiquement intensives », il est urgent d’utiliser les perspectives offertes par la science pour proposer des solutions innovantes concrètes. Particulièrement, il est urgent de tester, dans des contextes environnementaux et agronomiques variés, dans quelles conditions et par quels mécanismes la diversité végétale, en lien avec la diversité des organismes symbiotiques présents dans le sol, peut bénéficier au fonctionnement des agro-écosystèmes. Cette thèse s’articulera autour de trois hypothèses centrales :
(1) la diversité des plantes et de leurs traits racinaires ont un impact positif sur la diversité des associations réalisées avec les organismes symbiotiques (mycorhizes et Rhizobium) ;
(2) la diversité des plantes et des organismes symbiotiques présents dans le sol influence positivement les services environnementaux rendus par les agro-écosystèmes tout en garantissant un rendement et une qualité fourragère forts ;
(3) ces deux types de diversité augmentent la résistance des services rendus dans le cadre de sécheresse accrue.

Résultats attendus
Communication via des articles scientifiques à fort impact.
Communication dans des congrès internationaux.
Réalisation de plaquettes à destination des acteurs de l’enseignement agronomique.
Réalisation de plaquettes à destination du monde associatif et des institutions administratives agricoles.

Financement
Financement du fonctionnement de la thèse assuré par un projet du Labex TULIP et financement de la Région Occitanie.

Collaborations envisagées
Concernant les mesures effectuées sur les organismes symbiotiques, des collaborations avec le Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales (LRSV – UMR 5546) et le Laboratoire des Interactions Plantes-Microorganismes (LIPM – UMR 2594) sont prévues. Au sein du LRSV, Prof. Guillaume Bécard et Prof. Christophe Roux appuieront, grâce à leurs expertises, les analyses qui seront effectuées sur les champignons mycorhiziens. Dr. Benjamin Gourion, chercheur au sein de LIPM, assistera les analyses effectuées sur les bactéries Rhizobium.

Ouverture Internationale
Visites et collaborations au sein des équipes Britanniques et Suisses de David Johnson et Marcel van der Heijden, respectivement, seront planifiées.

Références bibliographiques
1 Lange et al. 2015. Nature comm., 6: 6707.
2 Hazard & Johnson 2018. New Phyt., 220: 1122–1128.
3 Johnson et al. 2012. New Phyt., 194:614–628.
4 Powell & Rillig et al. 2018. New Phyt., 220: 1059–1075.
5 Reusch et al. 2005. PNAS, 102: 2826–2831.
6 Isbell et al. 2011. Nature 477: 199.
7 Barrow et al. 2008. Comm. & Integr. Biol., 1:69–73
8 Chaudhary et al. 2016. Sci. data, 3: 160028
9 Tedersoo et al. 2018. JVS, 29: 560–568.
10 Gao et al. 2019. ISME J., 13: 214–226.
11 Zhang et al. 2012. PLoS ONE, 7: e44936.

Le contenu de cette offre est la responsabilité de ses auteurs. Pour toute question relative à cette offre en particulier (date, lieu, mode de candidature, etc.), merci de les contacter directement. Un email de contact est disponible: gregoire.freschet@sete.cnrs.fr

Pout toute autre question, vous pouvez contacter sfecodiff@sfecologie.org.