Variations de salinité chez la cyanobactérie toxique d'eau douce Microcystis aeruginosa dans un contexte de transfert en milieu estuarien : réponses physiologiques et métaboliques

Salinity variations in Microcystis aeruginosa in the context of a transfer to estuaries : physiological and metabolic responses

• Auteur / Autrice : Maxime Georges des Aulnois
• Direction : Zouher Amzil, Myriam Bormans
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des organismes
• Date : Soutenance le 10/12/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire phycotoxines IFREMER (Nantes ; 20..-2021)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Delavault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claudia Wiegand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Humbert, Christophe Six
• DOI : 10.70675/47f850cdz4e07z4be1z994fz3e832490b63a

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microcystines

Salinité

Plantes -- Acclimatation

Mots clés libres

Écophysiologie

Métabolomique

Stress

Ecophysiology

Metabolomics

Stress

Résumé

Les efflorescences de Microcystis aeruginosa se développent sur l’ensemble des continents et leurs intensités et fréquences devraient s’accroître avec le changement climatique. Ces proliférations sont associées à la production de toxines appartenant à la famille des microcystines. Dans ce contexte, l’aire de répartition de M. aeruginosa tend à s’étendre aux zones estuariennes. Sa présence ainsi que celles des microcystines en zone côtière est principalement due au transfert des efflorescences d’eau douce par le continuum eau douce – estuaire. Ce transfert peut aboutir à la lyse des cellules libérant les microcystines dans l’environnement. Le risque sanitaire lié au transfert de M. aeruginosa et les conséquences d’une augmentation de la salinité sur sa croissance, sa production de microcystines et plus généralement sur sa physiologie ont été peu étudiés. L’objectif principal de cette thèse a été d’étudier les réponses physiologiques et métaboliques de M. aeruginosa à une augmentation de salinité. Cette étude a tout d’abord permis le développement d’une méthode d’extraction et d’analyse des microcystines par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse pour l’analyse d’échantillons de cellules et d’eau, prélevés en milieu salin. La réponse physiologique de M. aeruginosa confrontée à une augmentation de la salinité a été étudiée chez deux souches (PCC 7820 et PCC 7806) par stress et après acclimatation à la salinité. Ces travaux ont mis en évidence que M. aeruginosa peut tolérer des variations de salinité par l’accumulation de solutés compatibles tels que le tréhalose (PCC 7820) et le saccharose (PCC 7806). Les analyses conduites en métabolomique ont révélé l’existence d’une diversité de métabolites spécifiques d’une réponse à une augmentation de salinité. Chez les souches acclimatées, l’accumulation de lipides membranaires (monogalactosylglycerol) a été mise en évidence. Également, la production de microcystines est apparue corrélée au taux de croissance de M. aeruginosa en réponse à une augmentation de la salinité. Ces travaux suggèrent que les variations de salinité chez M. aeruginosa n’affectent pas directement la nature et la quantité des microcystines produites. Ces analyses menées sur des échantillons naturels et en laboratoire suggèrent que les cellules peuvent survivre et croître en condition mésohaline.

M. aeruginosa is one of the most pervasive toxic freshwater cyanobacterial species worldwide. The frequency and intensity of M. aeruginosa blooms are expected to increase in response to climate change. The influence of M. aeruginosa is extending to estuaries and coastal environment due to the transfer of freshwater bloom across the freshwater-estuary continuum. This transfer can ultimately result in cell lysis and the subsequent release of dissolved microcystins. Little is known about this phenomenon and the effect of salt increase on growth, microcystin production and M. aeruginosa physiology. This PhD project therefore aimed to better describe the physiological and metabolic response of M. aeruginosa to salt increase. First, a method using liquid chromatography coupled to mass spectrometry was developed and characterized in order to conduct the quantification of microcystins in cells and water samples taken from estuaries. The physiological responses of M. aeruginosa, subjected to a salinity increase was monitored on two acclimated and non-acclimated strains (PCC 7820 and PCC 7806). This work provided insights into the accumulation of compatible solutes like trehalose (PCC 7820) and sucrose (PCC 7806) in response to salt increase. Metabolomic analyses revealed the existence of specific metabolites involved in salt stress and acclimation responses. In acclimated strains, the synthesis of monogalactosyldiacylglycerol in response to salt increase was found. Overall, the different experiments conducted on M. aeruginosa revealed that the microcystin production rate was correlated to the growth rate. Taken together, the results obtained from laboratory and field samples suggest that cell lysis is not an immediate phenomenon and that M. aeruginosa cells could survive and proliferate in mesohaline conditions.