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Relation fonctionnelle Cyanobactéries/Bactéries : Dynamique de la phycosphère et recyclage interne de l’azote – PHYCOCYANO

Relation mutualiste entre Cyanobactéries et Bactéries au cours d’une efflorescence ?

Etude de la diversité fonctionnelle de la phycosphère (association mutualiste entre Cyanobactéries et Bactéries) par analyse phylogénique, métatranscriptomique, et marquage isotopique de l’azote 15N.

Déterminer les synchronies métaboliques entre les Bactéries et les Cyanobactéries

L’objectif du projet est une analyse fonctionnelle des communautés bactériennes associées aux Cyanobactéries fixatrices ou non de N2 dans un écosystème lacustre. Nous étudions : (1) la diversité génétique et les activités métaboliques des communautés bactériennes, au cours d’un cycle nycthéméral selon une approche de métatranscriptomique, (2) la diversité génétique et les activités métaboliques des communautés bactériennes associées selon une approche de pyroséquençage, et un focus sur les étapes clés du cycle N, fixation, nitrification et dénitrification, (3) les flux N et émissions de N20 en utilisant le marquage isotopique 15N.

L’analyse métatranscriptomique du cycle nycthémérale a été réalisée sur deux blooms Anabeana sp (Juillet 2012) et Microcystis aeruginosa (Septembre 2012) sur trois jours, toutes les 3 heures. Un protocole d’extraction et d’enrichissement spécifiques des ARNm afin de garantir des résultats de séquençage suffisants (en nombre de séquences) a été mis en place (Post-doctorat de N. Pascault). Les ARNm obtenus ont été séquencés par Illumina HiSeq 2000, ce qui nous a permis d’obtenir environ 40 Millions de séquences de 100 paires de bases par échantillons.
Ensuite, une stratégie d’analyse bio-informatique de ce type (et taille) de données a été mis en place, en collaboration avec la plateforme MIGALE de l’INRA de Jouy-en-Josas. Nous utilisons l’instance d’analyse GALAXY afin de traiter et de mettre en place un pipeline bio-informatique de traitement de données (Post-doctorat de N. Pascault).

Travaux en cours d’analyses

En cours

En cours

Les proliférations de cyanobactéries perturbent le fonctionnement des écosystèmes aquatiques continentaux, par exemple perte de biodiversité dans les communautés phytoplanctoniques, et production de biomasses très importantes. Elles peuvent également constituer un risque sanitaire important pour l’homme et les animaux, en raison de leurs capacités à produire de nombreuses toxines. S’il est désormais bien établi que l’excès de nutriments (phosphore et azote) et les conditions climatiques (stabilité de la colonne d’eau) jouent un rôle majeur dans le déterminisme de ces phénomènes, de nombreux facteurs et processus encore mal connus interviennent dans le déclenchement puis le développement des proliférations de cyanobactéries. C’est le cas par exemple du rôle des interactions positives ou négatives existantes entre les différents acteurs des communautés microbiennes. Les connaissances sur la phycosphère (nommée ainsi par analogie à la rhizosphère) des cyanobactéries sont encore très réduites alors que les échanges de matière et d’énergie au sein de la phycopshère (mucus, exsudats, produits de la fixation N2, minéralisation de la matière organique) sont certainement très nombreux. Dans ce projet, nous proposons de caractériser les communautés bactériennes associées à deux cyanobactéries toxiques, Microcystis aeruginosa et Aphanizomenon flos aquae, qui prolifèrent dans de très nombreux écosystèmes à travers le monde. Pendant le bloom phytoplanctonique (Mai à Octobre), la succession des deux cyanobactéries est observée avec une dominance d’A. flos aquae en Mai-Juin, suivi de la codominance des deux espèces entre Juin et Juillet, et la dominance de M. aeruginosa de Juillet à Octobre. Plus précisément, dans ce projet, nous focaliserons nos travaux sur la diversité structurelle et fonctionnelle et l’activité de ces communautés bactériennes, en portant une attention particulière sur le cycle de l’azote. En effet, si M. aeruginosa n’est pas capable de fixer l’azote atmosphérique, A. flos aquae possède en revanche des cellules différenciées dans la fixation de cet élément au sein de ses filaments. Ainsi, notre hypothèse principale est que cette capacité des cyanobactéries à fixer ou non le N2 a des conséquences importantes sur la composition et le fonctionnement des cortèges bactériens associées à ces deux espèces. Pour y répondre, nous développerons une approche intégrée reposant à la fois sur des analyses de métatranscriptomes et sur une quantification moléculaire de l’expression des gènes impliquées dans le cycle de l’azote, en association avec une approche de dilution isotopique 15N et avec des mesures d’activités potentielles. Ces approches devraient nous permettre de (i) comparer la structure et la composition bactérienne associée aux deux cyanobactéries, et libres dans la colonne d’eau (ii) caractériser le métabolisme global et l’activité des gènes impliqués dans le cycle de l’azote au sein de la fraction bactérienne active, et (iii) déterminer les flux d’azote et les émissions de N20 au sein des consortia bactéries-cyanobactéries. L’ensemble de ces résultats nous renseignera sur la nature des échanges existant entre les cyanobactéries et les bactéries associées, échanges qui pourraient contribuer à mieux comprendre le succès écologique de ces espèces.

Coordinateur du projet

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS B (Divers public)

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Partenaire

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS B

Aide de l'ANR 180 000 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2011 - 36 Mois

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