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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 ?


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


10µm


10µm10µm

Oligotriches

Scuticociliés

Péritrichessans lorica

Héliozoaires

ProstomatesUrotricha

ProstomatesColeps

10µmProstomatesColeps

10µm10µm10µm

10µm10µm

10µm10µm

10µm10µm

10µm10µm

Suctoriens

10µm10µm

F DidinidaeMesodinium

LES LIENS TROPHIQUES ?


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


Flagellés

Zooplancton

Ciliés


Flagellés

Zooplancton

Ciliés

Hétérotrophes Mixotrophes Hétérotrophes Mixotrophes Hétérotrophes Mixotrophes

Début printemps (mars-avril)

Phase des eaux claires (Mai)

Début d’été(Juin-Juillet)


Flagellés

Zooplancton

Ciliés


Flagellés

Zooplancton

Ciliés


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





QUELQUES RESULTATS


Fraction< 1µm

Fraction < 2 µm

Fraction < 5 µm

Fraction < 20 µm

Fraction < 200 µm

Fraction totale





Fraction< 1µm

Fraction < 2 µm

Fraction < 5 µm

Fraction < 20 µm

Fraction < 200 µm

Fraction totale





% de production consommé

Heterotrophic Bacteria

Fraction 2-5µm

Fraction 5-20µm

Fraction 20-200µm

Fraction >200µm

21 %14 %

49 %

0 %

MARS


Fraction 2-5µm

Fraction 5-20µm

Fraction 20-200µm

Fraction >200µm

21 %14 %

49 %

0 %

MARS

QUELQUES RESULTATS


Fraction< 1µm

Fraction < 2 µm

Fraction < 5 µm

Fraction < 20 µm

Fraction < 200 µm

Fraction totale





Fraction< 1µm

Fraction < 2 µm

Fraction < 5 µm

Fraction < 20 µm

Fraction < 200 µm

Fraction totale





HeterotrophicBacteria

Fraction 2-5µm

Fraction 5-20µm

Fraction 20-200µm

Fraction >200µm

29 %0 %

14 %

23 %

MAI


Fraction 2-5µm

Fraction 5-20µm

Fraction 20-200µm

Fraction >200µm

29 %0 %

14 %

23 %

MAI


QUELQUES RESULTATS


Fraction< 1µm

Fraction < 2 µm

Fraction < 5 µm

Fraction < 20 µm

Fraction < 200 µm

Fraction totale





Fraction< 1µm

Fraction < 2 µm

Fraction < 5 µm

Fraction < 20 µm

Fraction < 200 µm

Fraction totale







Fraction 2-5µm

Fraction 5-20µm

Fraction 20-200µm

Fraction >200µm

43 %8 %

0%

0 %

AOUT


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


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 ?


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

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