Les Réseaux Trophiques Microbiens
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Les Réseaux Trophiques Microbiens Structure et Facteurs de contrôle Le cas du lac du Bourget Domaizon Isabelle Personnic S., Dorigo U., Comte J., Duhamel S., Lepère C. *, Mbade Sene A., Sime Ngando 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 Des groupes fonctionnels variés définis en fonction de la taille et de la ‘fonction trophique’ des organismes 2,6 106 Cell.ml-1 Bactéries hétérotrophes Bactéries pigmentées Picoplancton 0.2- 3 µm = cyanobactéries Picocyanobactéries (Synechococcus) 2,9 104 Cell.ml-1 Entamoeba Dictyostelium discoideum Kinetoplastida Acanthareans Haplosporidia Polycystinea Euglenida Myxomycetes Vahlkampfiidae Nanoplancton 3- 20 µm Diplomonadida Cryptophytes Dinophytes Alveolata Group II (Amoebophyra) Glaucophytes Dinophyta Straménopiles Haptophytes, Apicomplexa / Ciliates Choanoflagellés Ciliés… Stramenopiles heterotrophB Trichomonadida Thermococcus barophilus / Cryptophyceae nucleomorph Diatoms Cryptophyceae nucleus Bolidophyceae Acanthamoeba/ Hartmannella Apusomonas proboscidea Higher eukaryotes 0.10 Eucaryotes Unicellulaires Alveolata Group I Microsporidia Rhodophyceae Lignées Eucaryotiques du Plancton (Arbre 18S ARNr) Foraminifera Perkinsozoa Giardia Microplancton 20 – 200 µm Eubactéries Archae Stramenopiles heterotrophA Eustigmatophyceae Raphidophyceae Chrysophyceae Phaeophyceae Dictyochophyceae Pelagophyceae Plasmodiophorida Choanoflagellates Chlorarachniophyceae nucleus Cercozoa Chlorophyta Haptophyta Glaucocystophyceae D. Vaulot & F. Partensky LES ACTEURS des Réseaux Trophiques Microbiens Des groupes fonctionnels variés définis en fonction de la taille et de la ‘fonction trophique’ des organismes 2,6 106 Cell.ml-1 Bactéries hétérotrophes Picoplancton 0.2- 3 µm Bactéries pigmentées : cyanobactéries Picocyanobactéries (Synechococcus) 2,9 104 Cell.ml-1 Unicellulaires autotrophes Nanoplancton 3- 20 µm Eucaryotes Unicellulaires Pico – nano- micro-algues Flagellés Microplancton Hétérotrophes, mixotrophes 20 – 200 µm Eubactéries Archae 9,7 102 Cell.ml-1 Ciliés Hétérotrophes, mixotrophes Cryptophytes Dinophytes Glaucophytes Straménopiles Haptophytes, Choanoflagellés Ciliés… 6,5 107 Cell.ml-1 16 Cell.ml-1 Et aussi : Rhizopodes Actinopodes -1 Champignons … Héliozoaires => 145 cell.ml Virus ORGANISATION et IMPORTANCE ECOLOGIQUE des Communautés Microbiennes Des organismes VIRUS MATIERE ORGANIQUE DISSOUTE et PARTICULAIRE MOD ALLOCHTONE MOD AUTOCHTONE !Abondants, dominants en biomasse !Diversifié sur le plan génétique et fonctionnel !clés pour le fonctionnement de l’écosystème : BACTERIES HETEROTROPHES NUTRIMENTS MINERAUX + PICOCYANOBACTERIES PICO ALGUES PRODUCTEURS PRIMAIRES PROTISTES FLAGELLES Eucaryotes Cyanobactéries PROTISTES CILIES RESEAU MICROBIEN - Production de biomasse - Régénération des éléments minéraux CHAINE LINEAIRE CLASSIQUE RESEAU HERBIVORE ZOOPLANCTON Metazoaire - Crustacés - Rotifères POISSONS Planctonophages L’OBJECTIF GENERAL Evaluer la diversité, la dynamique et les interactions pour comprendre le fonctionnement des réseaux trophiques microbiens et les processus qui déterminent leur structure METHODES •Des approches écosystèmiques Suivi de la dynamique des micro-organismes pélagiques (0-50m) •Des approches expérimentales in situ en microcosmes -Méthode de fractionnement des communautés -Technique de dilution METHODES Echantillon d’eau du lac Utilisation de la fluorescence naturelle ou de fluorochromes Concentration des micro-organismes par filtration Dénombrement par cytomètrie en flux Marquage par fluorochromes (DAPI, …) Détection des grands groupes : Bactéries Flagellés Biomasse microbienne Fluorescence In Situ Hybridization Extraction des acides nucléiques Acides nucléiques Amplification par PCR ARNr 18S ou 16S Sélection de groupes eucaryotes ou procaryotes Détection de groupes ciblés par sondes moléculaires spécifiques associées à des fluorochromes Dénombrement microscopie épifluorescence Produits de PCR Comparaison profils de diversité Méthodes d’empreinte génétique DGGE T-RFLP Clonage Librairie de clones Séquençage Identification d’espèces Par Comparaison aux séquences des banques de données LES QUESTIONS POSEES DIVERSITE DES COMMUNAUTES MICROBIENNES ? D’abord identifier pour ensuite comprendre le rôle de chacun Fortement active Préférentiellement consommée par les flagellés Sensible à l’attaque virale Faiblement active Peu sensible à l’attaque virale Image P Gasol Basics Brussels LES QUESTIONS POSEES DIVERSITE DES EUBACTERIES ? Thèse U. Dorigo Comparaison des communautés eubactériennes : Annecy, Bourget, Léman Etude de la variabilité spatiale de la composition eubactérienne du lac du Bourget Dorigo et al. sous presse Thèse C. Lepère QUELQUES RESULTATS DIVERSITE DES EUCARYOTES (< 5 µm) dans la zone épilimnique T-RFLP, Séquençage => une diversité insoupçonnée ⇒Identification de taxa difficilement caractérisés en microscopie ⇒Mise en évidence de l’importance des taxa parasites Bicosoecida Siluania monomastiga Cafeteria Cercozoa Cercomonas Perkinsozoa Perkinsus Structure eucaryotes par clonage séquençage Chlorophytes (% nombre de clones) Cryptophytes 100% Chrysophyceae LKM11 90% Haptophyceae Ciliophora 80% Cercozoa 70% Choanoflagellida Bicosoecida 60% Fungi Perkinsozoa 50% Dinophyceae Perkinsozoa Perkinsus 40% Rhizophlyctis et autres champignons 30% 20% Amoebophrya Parasite de dinophycées, ciliés, diatomées… 10% 0% Mai Aout QUELQUES RESULTATS Quelques ciliés et héliozoaires - Lac du Bourget (0-50m) Prostomates 10µm 10µm Coleps Péritriches 10µm sans lorica Péritriches à lorica Suctoriens F Didinidae Mesodinium 10µm Prostomates Urotricha 10µm Oligotriches 10µm 10µm 10µm Scuticociliés Héliozoaires LES QUESTIONS POSEES LES LIENS TROPHIQUES ? Quelles sont les interactions trophiques directes et effets en cascades ? Parce que connaître les voies de circulation du carbone est un pré requis pour comprendre les flux de carbone dans les réseaux pélagiques QUELQUES RESULTATS "Suivi in situ des communautés microbiennes => Des périodes distinctes dans l’organisation des communautés Début printemps (mars-avril) Début d’été (Juin-Juillet) Zooplancton Zooplancton Zooplancton Ciliés Ciliés Ciliés Flagellés Hétérotrophes Phase des eaux claires (Mai) Mixotrophes Bactéries Hétérotrophes Flagellés Hétérotrophes Mixotrophes Bactéries Hétérotrophes Flagellés Hétérotrophes Mixotrophes Bactéries Hétérotrophes Comte et al, sous presse QUELQUES RESULTATS "Approche expérimentale de fractionnement des communautés Fraction Fraction Fraction < 1µm < 2 µm < 5 µm Virus Bacteria + pico plancton + petits HNF Fraction Fraction Fraction < 20 µm < 200 µm totale + nano plancton Choix des périodes précédemment repérées comme pertinentes Expérimentation en microcosmes dans l’épilimnion + microzoo plancton + grand meta zooplancton QUELQUES RESULTATS "Approche expérimentale de fractionnement des communautés Fraction Fraction Fraction < 1µm < 2 µm < 5 µm Virus Bacteria MARS Fraction >200µm Fraction 20-200µm 0% Fraction 5-20µm 49 % Fraction 2-5µm 14 % % de production consommé 21 % Heterotrophic Bacteria + pico plancton + petits HNF Fraction Fraction Fraction < 20 µm < 200 µm totale + nano plancton + microzoo plancton + grand meta zooplancton QUELQUES RESULTATS "Approche expérimentale de fractionnement des communautés Fraction Fraction Fraction < 1µm < 2 µm < 5 µm MAI Virus Bacteria Fraction >200µm Fraction 20-200µm 23 % Fraction 5-20µm 14 % Fraction 2-5µm 0% % de production consommé 29 % Heterotrophic Bacteria + pico plancton + petits HNF Fraction Fraction Fraction < 20 µm < 200 µm totale + nano plancton + microzoo plancton + grand meta zooplancton QUELQUES RESULTATS "Approche expérimentale de fractionnement des communautés Fraction Fraction Fraction < 1µm < 2 µm < 5 µm AOUT Fraction >200µm Virus Bacteria Fraction 20-200µm 0% Fraction 5-20µm 0% Fraction 2-5µm 8% % de production consommé 43 % Heterotrophic Bacteria + pico plancton + petits HNF Fraction Fraction Fraction < 20 µm < 200 µm totale + nano plancton + microzoo plancton + grand meta zooplancton MARS Calanoïds Cyclopoïds Rotifers Nauplii Fraction >200µm 100 % 100 % Ciliates < 30µm Ciliates > 30µm 115 % Ciliates Rotifers Nauplii Fraction 20-200µm 130 % H. Flag. 10-20 µm 14 % Fraction 5-20µm 49 % 58 % H. Flag. 5-10 µm 17 % Fraction 2-5µm 14 % 21 % Heterotrophic Bacteria H Flag. < 5µm 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 LES QUESTIONS POSEES L’IMPORTANCE RELATIVE DES FACTEURS DE REGULATION ? Température Lumière Ressources Prédation Parasitisme QUELQUES RESULTATS "Suivi in situ des communautés microbiennes Bourget 2004-2005 Prof (m) 10 20 30 40 1e+6 2e+6 3e+6 4e+6 5e+6 6e+6 7e+6 8e+6 9e+6 50 janv. Bactéries hétérotrophes/ml mai sept. janv. mai sept. janv. sept. janv. mai sept. janv. Prof (m) 10 20 30 40 50 janv. 5e+7 1e+8 2e+8 2e+8 Virus/ml mai Suivi 2002-2003 3 lacs Annecy Bourget Léman Log[VLP] = 0.61.Log [HB]+ 9.117 (r=0.461, p<0.01, n=423); QUELQUES RESULTATS "Approches expérimentales Importance relative lyse virale vs prédation dans la mortalité bactérienne ? Mortalité bactérienne EXP. Lac Le Bourget Avril 2003 EXP. Lac Le Bourget Mai 2003 EXP. Lac Le Bourget Août 2003 EXP. Lac Le Bourget Octobre 2006 EXP. Lac Le Bourget Janvier 2006 Lyse virale Broutage Flagellé Flagellés * 60 %.d-1 56 %.d-1 * 35 %.d-1 63 %.d-1 * 52 %.d-1 18 %.d-1 14%.d-1 0 %.d-1 0 %.d-1 voir poster S. Personnic Jacquet et al. FB (2005) Duhamel et al. JWS (2005) LES VOIES DE RECHERCHES en cours Ou à développer VERS LA DIVERSITE FONCTIONNELLE # Déterminer la signification fonctionnelle de la grande diversité spécifique => projet meta proc voir poster D Debroas JF Humbert LES LIENS TROPHIQUES # Identifier quantifier les connections entre réseau herbivore et réseau microbien PARMI LES FACTEURS DE REGULATION # 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 ?
