Post on 12-Jun-2020
Les Réseaux Trophiques MicrobiensStructure et Facteurs de contrôle
Le cas du lac du Bourget
Domaizon IsabellePersonnic S., Dorigo U., Comte J., Duhamel S., Lepère C. *, Mbade Sene A., SimeNgando T. *, Debroas D. *, Leberre B., Millery A., Perney P., Fontvieille D. Jacquet Stéphan
UMR 42 CARRTEL INRA Thonon les Bains - Universté de Savoie Le Bourget du Lac * UMR CNRS 6023 Laboratoire Biologie des Protistes Université Blaise Pascal Clermont II
LES ACTEURS des Réseaux Trophiques Microbiens
Picoplancton0.2- 3 µm
Nanoplancton3- 20 µm
Microplancton20 – 200 µm
Des groupes fonctionnelsgroupes fonctionnels variés définis en fonction de la taille et de la ‘fonction trophique’ des organismes
Bactéries hétérotrophes
Bactéries pigmentées = cyanobactéries
Eubactéries Archae
EucaryotesUnicellulaires
Cryptophytes Dinophytes
GlaucophytesStraménopilesHaptophytes,
ChoanoflagellésCiliés…
Thermococcus barophilus
Trichomonadida
Microsporidia
DiplomonadidaGiardia
MyxomycetesVahlkampfiidae
Euglenida
KinetoplastidaDictyostelium discoideum
Entamoeba
Haplosporidia
Polycystinea
Foraminifera
Phaeophyceae
PelagophyceaeDictyochophyceae
BolidophyceaeDiatoms Eustigmatophyceae
RaphidophyceaeChrysophyceae
Stramenopiles heterotrophA
Stramenopiles heterotrophB
Plasmodiophorida
ChlorarachniophyceaenucleusCercozoa
Glaucocystophyceae
Apusomonas proboscidea
Higher eukaryotes
Choanoflagellates
Acanthamoeba/ Hartmannella
Cryptophyceae nucleus
Rhodophyceae / Cryptophyceae nucleomorph
ChlorophytaHaptophyta
Perkinsozoa
Alveolata Group I
Alveolata Group II (Amoebophyra)
Dinophyta
Apicomplexa / Ciliates
Acanthareans
0.10
Thermococcus barophilus
Trichomonadida
Microsporidia
DiplomonadidaGiardia
MyxomycetesVahlkampfiidae
Euglenida
KinetoplastidaDictyostelium discoideum
Entamoeba
Haplosporidia
Polycystinea
Foraminifera
Phaeophyceae
PelagophyceaeDictyochophyceae
BolidophyceaeDiatoms Eustigmatophyceae
RaphidophyceaeChrysophyceae
Stramenopiles heterotrophA
Stramenopiles heterotrophB
Plasmodiophorida
ChlorarachniophyceaenucleusCercozoa
Glaucocystophyceae
Apusomonas proboscidea
Higher eukaryotes
Choanoflagellates
Acanthamoeba/ Hartmannella
Cryptophyceae nucleus
Rhodophyceae / Cryptophyceae nucleomorph
ChlorophytaHaptophyta
Perkinsozoa
Alveolata Group I
Alveolata Group II (Amoebophyra)
Dinophyta
Apicomplexa / Ciliates
Acanthareans
0.10
Lignées Eucaryotiquesdu Plancton (Arbre 18S ARNr)
D. Vaulot & F. Partensky
2,6 106 Cell.ml-1
Picocyanobactéries (Synechococcus) 2,9 104 Cell.ml-1
LES ACTEURS des Réseaux Trophiques Microbiens
Unicellulaires autotrophesPico – nano- micro-algues
Ciliés Hétérotrophes, mixotrophes
Picoplancton0.2- 3 µm
Nanoplancton3- 20 µm
Microplancton20 – 200 µm
Des groupes fonctionnelsgroupes fonctionnels variés définis en fonction de la taille et de la ‘fonction trophique’ des organismes
Bactéries hétérotrophes
Bactéries pigmentées : cyanobactéries
Eubactéries Archae
EucaryotesUnicellulaires
Cryptophytes Dinophytes
GlaucophytesStraménopilesHaptophytes,
ChoanoflagellésCiliés…
Flagellés Hétérotrophes, mixotrophes
Et aussi : Rhizopodes Actinopodes Champignons …
2,6 106 Cell.ml-1
Picocyanobactéries (Synechococcus) 2,9 104 Cell.ml-1
Virus
6,5 107 Cell.ml-1
9,7 102 Cell.ml-1
16 Cell.ml-1
Héliozoaires => 145 cell.ml-1
VIRUS
PROTISTES FLAGELLES
PROTISTES CILIES
RESEAU MICROBIEN
BACTERIES HETEROTROPHES
+ PICOCYANOBACTERIESPICO ALGUES
MOD ALLOCHTONE
MOD AUTOCHTONE
MATIERE ORGANIQUEDISSOUTE
et PARTICULAIRE
NUTRIMENTS MINERAUX
PRODUCTEURS PRIMAIRES
EucaryotesCyanobactéries
ZOOPLANCTONMetazoaire
- Crustacés- Rotifères
POISSONSPlanctonophages
CHAINE LINEAIRE CLASSIQUERESEAU HERBIVORE
ORGANISATION et IMPORTANCE ECOLOGIQUE des Communautés Microbiennes
Des organismes
!Abondants, dominants en biomasse
!Diversifiésur le plan génétique et fonctionnel
- Production de biomasse
- Régénération des éléments minéraux
!clés pour le fonctionnement de l’écosystème :
L’OBJECTIF GENERAL
Evaluer la diversité, la dynamique et les interactionspour comprendre
le fonctionnement des réseaux trophiques microbienset les processus qui déterminent leur structure
METHODES
•Des approches écosystèmiques
•Des approches expérimentales in situen microcosmes
Suivi de la dynamique des micro-organismes pélagiques (0-50m)
-Méthode de fractionnement des communautés -Technique de dilution
Echantillon d’eau du lac
Biomasse microbienne
Concentration des micro-organismes
par filtration
Acides nucléiques
Extraction des acides nucléiques
Produits de PCR
Amplification par PCR ARNr 18S ou 16S
Sélection de groupes eucaryotes ou procaryotes
METHODES
Dénombrementmicroscopie
épifluorescence
Détection de groupes ciblés par sondes moléculaires spécifiques associées à des fluorochromes
Fluorescence In Situ Hybridization
Marquage par fluorochromes(DAPI, …)
Détection des grands groupes : Bactéries
Flagellés
Dénombrement parcytomètrie en flux
Utilisation de la fluorescence
naturelle ou de fluorochromes
Méthodes d’empreinte génétique
DGGE T-RFLP
Comparaison profils de diversité
Clonage Identification d’espècesPar Comparaison aux séquences des banques de données
SéquençageLibrairie
de clones
DIVERSITE DES COMMUNAUTES MICROBIENNES ?
Image P Gasol Basics Brussels
Préférentiellement consommée par les flagellés
Sensible àl’attaque virale
Peu sensible àl’attaque virale
Faiblement active
Fortement active
LES QUESTIONS POSEES
D’abord identifier pour ensuite comprendre le rôle de chacun
DIVERSITE DES EUBACTERIES ?
LES QUESTIONS POSEES
Thèse U. Dorigo
Comparaison des communautés eubactériennes : Annecy, Bourget, Léman
Etude de la variabilité spatiale de la composition eubactériennedu lac du Bourget
Dorigo et al. sous presse
DIVERSITE DES EUCARYOTES (< 5 µm) dans la zone épilimnique
⇒Mise en évidence de l’importance des taxa parasites
T-RFLP, Séquençage => une diversité insoupçonnée
QUELQUES RESULTATS
⇒Identification de taxa difficilement caractérisés en microscopie
Bicosoecida Siluania monomastigaCafeteria
Cercozoa Cercomonas
Perkinsozoa Perkinsus
Structure eucaryotes par clonage séquençage (% nombre de clones)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Mai Aout
ChlorophytesCryptophytesChrysophyceaeLKM11HaptophyceaeCiliophoraCercozoaChoanoflagellidaBicosoecidaFungiPerkinsozoaDinophyceae
AmoebophryaParasite de dinophycées, ciliés, diatomées…
PerkinsozoaPerkinsus
Rhizophlyctiset autres champignons
Thèse C. Lepère
Quelques ciliés et héliozoaires - Lac du Bourget (0-50m) QUELQUES RESULTATS
Péritrichesà lorica
10µm
Oligotriches
Scuticociliés
Péritrichessans lorica
Héliozoaires
ProstomatesUrotricha
ProstomatesColeps
10µm10µm
10µm
10µm
10µm
10µm
Suctoriens
10µm
F DidinidaeMesodinium
Péritrichesà lorica
10µm
Péritrichesà lorica
10µm10µm
Oligotriches
Scuticociliés
Péritrichessans lorica
Héliozoaires
ProstomatesUrotricha
ProstomatesColeps
10µmProstomatesColeps
10µm10µm10µm
10µm10µm
10µm10µm
10µm10µm
10µm10µm
Suctoriens
10µm10µm
F DidinidaeMesodinium
LES LIENS TROPHIQUES ?
LES QUESTIONS POSEES
Parce que connaître les voies de circulation du carbone est un pré requis pour comprendre les flux de carbone dans les réseaux pélagiques
Quelles sont les interactions trophiques directes et effets en cascades ?
QUELQUES RESULTATS
Comte et al, sous presse
"Suivi in situ des communautés microbiennes => Des périodes distinctes dans l’organisation des communautés
Début printemps (mars-avril)
Phase des eaux claires (Mai)
Début d’été(Juin-Juillet)
Bactéries Hétérotrophes
Flagellés
Zooplancton
Ciliés
Bactéries Hétérotrophes
Flagellés
Zooplancton
Ciliés
Bactéries Hétérotrophes
Flagellés
Zooplancton
Ciliés
Hétérotrophes Mixotrophes Hétérotrophes Mixotrophes Hétérotrophes Mixotrophes
Début printemps (mars-avril)
Phase des eaux claires (Mai)
Début d’été(Juin-Juillet)
Bactéries Hétérotrophes
Flagellés
Zooplancton
Ciliés
Bactéries Hétérotrophes
Flagellés
Zooplancton
Ciliés
Bactéries Hétérotrophes
Flagellés
Zooplancton
Ciliés
Hétérotrophes Mixotrophes Hétérotrophes Mixotrophes Hétérotrophes Mixotrophes
QUELQUES RESULTATS
"Approche expérimentale de fractionnement des communautés
Choix des périodes précédemment repérées comme pertinentes
Expérimentation en microcosmes dans l’épilimnion
Fraction< 1µm
Fraction < 2 µm
Fraction < 5 µm
Fraction < 20 µm
Fraction < 200 µm
Fraction totale
Virus Bacteria + pico
plancton + petitsHNF + nano
plancton + microzooplancton
+ grand metazooplancton
Fraction< 1µm
Fraction < 2 µm
Fraction < 5 µm
Fraction < 20 µm
Fraction < 200 µm
Fraction totale
Virus Bacteria + pico
plancton + petitsHNF + nano
plancton + microzooplancton
+ grand metazooplancton
QUELQUES RESULTATS
"Approche expérimentale de fractionnement des communautés
Fraction< 1µm
Fraction < 2 µm
Fraction < 5 µm
Fraction < 20 µm
Fraction < 200 µm
Fraction totale
Virus Bacteria + pico
plancton + petitsHNF + nano
plancton + microzooplancton
+ grand metazooplancton
Fraction< 1µm
Fraction < 2 µm
Fraction < 5 µm
Fraction < 20 µm
Fraction < 200 µm
Fraction totale
Virus Bacteria + pico
plancton + petitsHNF + nano
plancton + microzooplancton
+ grand metazooplancton
% de production consommé
Heterotrophic Bacteria
Fraction 2-5µm
Fraction 5-20µm
Fraction 20-200µm
Fraction >200µm
21 %14 %
49 %
0 %
MARS
Heterotrophic Bacteria
Fraction 2-5µm
Fraction 5-20µm
Fraction 20-200µm
Fraction >200µm
21 %14 %
49 %
0 %
MARS
QUELQUES RESULTATS
"Approche expérimentale de fractionnement des communautés
Fraction< 1µm
Fraction < 2 µm
Fraction < 5 µm
Fraction < 20 µm
Fraction < 200 µm
Fraction totale
Virus Bacteria + pico
plancton + petitsHNF + nano
plancton + microzooplancton
+ grand metazooplancton
Fraction< 1µm
Fraction < 2 µm
Fraction < 5 µm
Fraction < 20 µm
Fraction < 200 µm
Fraction totale
Virus Bacteria + pico
plancton + petitsHNF + nano
plancton + microzooplancton
+ grand metazooplancton
HeterotrophicBacteria
Fraction 2-5µm
Fraction 5-20µm
Fraction 20-200µm
Fraction >200µm
29 %0 %
14 %
23 %
MAI
HeterotrophicBacteria
Fraction 2-5µm
Fraction 5-20µm
Fraction 20-200µm
Fraction >200µm
29 %0 %
14 %
23 %
MAI
% de production consommé
QUELQUES RESULTATS
"Approche expérimentale de fractionnement des communautés
Fraction< 1µm
Fraction < 2 µm
Fraction < 5 µm
Fraction < 20 µm
Fraction < 200 µm
Fraction totale
Virus Bacteria + pico
plancton + petitsHNF + nano
plancton + microzooplancton
+ grand metazooplancton
Fraction< 1µm
Fraction < 2 µm
Fraction < 5 µm
Fraction < 20 µm
Fraction < 200 µm
Fraction totale
Virus Bacteria + pico
plancton + petitsHNF + nano
plancton + microzooplancton
+ grand metazooplancton
% de production consommé
HeterotrophicBacteria
Fraction 2-5µm
Fraction 5-20µm
Fraction 20-200µm
Fraction >200µm
43 %8 %
0%
0 %
AOUT
HeterotrophicBacteria
Fraction 2-5µm
Fraction 5-20µm
Fraction 20-200µm
Fraction >200µm
43 %8 %
0%
0 %
AOUT
H. Flag. 10-20 µm
115 %
Fraction 2-5µm
Fraction 5-20µm
Fraction 20-200µm
Fraction >200µm
Heterotrophic Bacteria
21 %14 %
49 %
MARS
H Flag. < 5µm
17 %
130 %
H. Flag. 5-10 µm
58 %
14 %
Ciliates > 30µm
100 %Ciliates < 30µm
100 %
CalanoïdsCyclopoïdsRotifersNauplii
CiliatesRotifersNauplii
QUELQUES RESULTATS
⇒Le nombre de liens trophiques et l’importance relative des divers
bactérivores varient au cours du temps
⇒Détection de cascades trophiques au sein du réseau microbien
⇒Des processus Top Down structurent les communautés à la fois en
terme d’abondance, de structure en taille, et de diversité génétique
L’IMPORTANCE RELATIVE DES FACTEURS DE REGULATION ?
LES QUESTIONS POSEES
Température
Lumière
Ressources
Prédation
Parasitisme
janv. mai sept. janv. mai sept. janv.
Prof
(m)
10
20
30
40
50
1e+6 2e+6 3e+6 4e+6 5e+6 6e+6 7e+6 8e+6 9e+6 Bactéries hétérotrophes/ml
janv. mai sept. janv. mai sept. janv.
Prof
(m)
10
20
30
40
50
5e+7 1e+8 2e+8 2e+8 Virus/ml
QUELQUES RESULTATS
Log[VLP] = 0.61.Log [HB]+ 9.117 (r=0.461, p<0.01, n=423);
Suivi 2002-2003 3 lacs Annecy Bourget Léman
Bourget 2004-2005"Suivi in situ des communautés microbiennes
QUELQUES RESULTATS
"Approches expérimentales
voir poster S. Personnic
Jacquet et al. FB (2005)Duhamel et al. JWS (2005)
Importance relative lyse virale vs prédation dans la mortalité bactérienne ?
0 %.d-10 %.d-1EXP. Lac Le Bourget Janvier 2006
14%.d-1EXP. Lac Le Bourget Octobre 2006
18 %.d-1* 52 %.d-1EXP. Lac Le Bourget Août 2003
63 %.d-1* 35 %.d-1EXP. Lac Le Bourget Mai 2003
56 %.d-1* 60 %.d-1EXP. Lac Le Bourget Avril 2003
Broutage FlagellBroutage FlagellééssLyse virale Lyse virale Mortalité bactérienne
0 %.d-10 %.d-1EXP. Lac Le Bourget Janvier 2006
14%.d-1EXP. Lac Le Bourget Octobre 2006
18 %.d-1* 52 %.d-1EXP. Lac Le Bourget Août 2003
63 %.d-1* 35 %.d-1EXP. Lac Le Bourget Mai 2003
56 %.d-1* 60 %.d-1EXP. Lac Le Bourget Avril 2003
Broutage FlagellBroutage FlagellééssLyse virale Lyse virale Mortalité bactérienne
LES VOIES DE RECHERCHESen cours
Ou à développer
# Analyse des communautés parasites
- Diversité des groupes viraux , hôtes associés ?- Effet indirects des virus sur la redistribution de la matière organique- autres parasites d’algues ?
PARMI LES FACTEURS DE REGULATION
# Identifier quantifier les connections entre réseau herbivore et réseau microbien
LES LIENS TROPHIQUES
# Déterminer la signification fonctionnelle de la grande diversité spécifique
=> projet meta proc voir poster D Debroas JF Humbert
VERS LA DIVERSITE FONCTIONNELLE