Diversité et potentiel fonctionnel des communautés microbiennes dans le continuum terre-mer contaminé par les hydrocarbures

Diversity and functional potential of microbial communities in the hydrocarbon contaminated land-sea continuum

• Auteur / Autrice : Élise Châtillon
• Direction : Cristiana Cravo-Laureau, Robert Duran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions
• Date : Soutenance le 30/09/2021
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurélie Cébron, Søren Sørensen, Benjamin Olivier Misson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mer

Microbiologie moléculaire

Mots clés libres

Sédiments marins côtiers

Communauté microbienne

Apports terrigènes

Microcosme

Hydrocarbures

Continuum terre-mer

Lessivage du sol

Marine coastal sediment

Microbial community

Terrigenous inputs

Microcosm

Hydrocarbons

Land-sea continuum

Soil runoff

Résumé

Les communautés microbiennes des sédiments marins côtiers fournissent des services écosystémiques en régissant des processus essentiels comme les cycles biogéochimiques, la dégradation de la matière organique et des polluants. Dans le continuum terre-mer, nous émettons l'hypothèse que dans les écosystèmes marins côtiers, la structure et la fonction des communautés microbiennes sont influencées par les apports terrigènes provenant du lessivage des sols. Afin de vérifier cette hypothèse, une approche d'écologie expérimentale a été mise en place pour simuler en microcosmes le ruissellement des sols dans le continuum terre-mer contaminé par les hydrocarbures (HC). L'analyse de la diversité des communautés a mis en évidence la coalescence des communautés (c'est-à-dire le mélange de communautés entières, en tandem avec leurs environnements) lorsque les sédiments marins côtiers reçoivent des apports terrigènes via le ruissellement des sols. Le potentiel fonctionnel des communautés microbiennes des sédiments et l'élimination des HC n'ont pas été modifiés par les apports terrigènes. En revanche, la composition en variants de gène (VG) et le réseau de co-occurrence des communautés microbiennes sédimentaires recevant le ruissellement du sol ont été remaniés. Cependant, les VG codent les mêmes fonctions retrouvées dans les communautés microbiennes sédimentaires non influencées par le ruissellement du sol ce qui révèle la redondance fonctionnelle. Des variants de séquence d'amplicon (VSA) et des VG ont pu être spécifiquement associés aux sédiments recevant des apports terrigènes, et ont donc été identifiés comme des indicateurs de coalescence des communautés. Il a été démontré que le ruissellement du sol est un réservoir de plasmides ce qui suggère que le transfert horizontal de gènes médié par les plasmides est possible pendant l'événement de coalescence. Nos résultats montrent que la coalescence des communautés joue un rôle crucial dans l'organisation des communautés microbiennes dans les sédiments marins côtiers. Une meilleure compréhension des mécanismes de coalescence fournira des informations utiles pour la surveillance et la gestion de l'environnement côtier affecté par les activités humaines terrestres.

Microbial communities in marine coastal sediment provide ecosystem services by driving essential processes including biogeochemical cycles, organic matter and pollutant degradation. In the land-sea continuum, we hypothesize that the microbial community structure and function inhabiting marine coastal ecosystems are influenced by soil runoff they receive. In order to verify the hypothesis, an experimental ecology approach was set up mimicking soil runoff within hydrocarbon (HC) contaminated land-sea continuum in microcosms. The community diversity analysis provided evidences of community coalescence (i.e. mixing of entire communities and their surrounding environments) when marine coastal sediments receive terrigenous inputs via soil runoff. The functional potential of sediment microbial communities and the removal of HC were unchanged by the terrigenous inputs. The gene variants (GVs) composition and the co-occurrence network of sediment microbial communities receiving soil runoff were modified. However, GVs encode the same function found in sediment microbial communities not influenced by soil runoff, revealing functional redundancy. Amplicon sequence variants (ASVs) and GVs were specifically associated to sediment receiving terrigenous inputs, and thus identified as indicators of community coalescence. Soil runoff was demonstrated as a plasmid reservoir, suggesting possible horizontal gene transfer mediated by plasmid during coalescence event. Our results show that community coalescence play crucial role in the organization of microbial communities in marine coastal sediment. Better understanding the coalescence mechanisms will provide useful information for the monitoring and management of coastal environment affected by human land-based activities.