Caractérisation, dynamique et facteurs de contrôle des communautés bactériennes de biofilms de rivière

• Auteur / Autrice : Emilie Lyautey
• Direction : Jean-Luc Rols, Frédéric Garabétian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie microbienne
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écosystèmes

Biofilms

Microorganismes

Mots clés libres

Ecologie microbienne

Hydrosystème

Epilithon

Bactéries

Résumé

La structure de communautés bactériennes de biofilms épilithiques a été caractérisée par typage moléculaire d'une partie du gène codant pour la molécule d'ARNr 16S. Dans ces agrégats phototrophes dominés par des algues eucaryotes et des cyanobactéries, 51% des taxons que nous avons détectés étaient affiliés au groupe des plastes et cyanobactéries, membres des Bacteria, et donc révélés par les amorces “universelles” utilisées. La méthode de typage utilisée, la PCR-DGGE (Polymerase Chain Reaction – Denaturing Gradient Gel Electrophoresis), n'est donc elle-même pas en cause et s'est avérée un bon outil pour comparer la diversité obtenue sur des assemblages naturels de différents sites (diversité β. Sur l'ensemble des biofilms analysés, les communautés apparaissent relativement diversifiées (indices de Simpson : 0,039 – 0,094 et de Shannon : 3,50 – 4,78) mais moins riches (23 OTUs – Operational Taxonomic Unit – en moyenne) que les communautés bactériennes du plancton ou du sol. Avec moins de 10% de taxons retrouvés dans 50% des cas traités, la composition de ces communautés apparaît fortement conditionnée par la répartition inter sites. Ainsi sur un tronçon de rivière (la Garonne, France), une forte différenciation de la composition bactérienne benthique (moins de 50 % de similarité) est observée entre des zones situées en amont et en aval d'importants rejets urbains (Toulouse). En excluant les OTUs associées aux plastes et cyanobactéries, 11 des 63 taxons détectés ne sont retrouvés que dans des communautés prélevées en amont de rejets anthropiques, 13 en aval. L'évolution temporelle de communautés d'assemblages naturels a été suivie durant 7 mois consécutifs dans des conditions prolongées de faibles débits. Sur cette période, deux pics de biomasse épilithique sont détectés (autour de 25 g. M-2). Sous l'influence de facteurs saisonniers (température, lumière), la composition des communautés bactériennes diffère significativement d'un pic à l'autre (moins de 30 % de similarité). Lors de la phase de colonisation proprement dite, l'évolution du nombre de taxons détectés et l'apparition de nouveaux taxons indiquent, en accord avec un modèle établi sur d'autres types de biofilms, une succession des communautés bactériennes. Certains taxons présentent des occurrences particulières au cours de la succession et ont des traits biologiques qui s'apparentent à des stratégies démographiques de type pionnier (Spirosoma) ou compétiteur (Nitrospira ou Dechloromonas). L'ensemble suggère que les communautés bactériennes de ces biofilms phototrophes répondent à une combinaison de changements allogènes et autogènes.

Epilithic bacterial community structure was studied using 16S rRNA gene based fingerprinting methods. In these algae and cyanobacteria dominated aggregates, 51 % of the detected taxa were affiliated to plastids and cyanobacteria being revealed by universal primers. The fingerprint methods, PCR-DGGE (Polymerase Chain Reaction – Denaturing Gradient Gel Electrophoresis), is thus not involved and proved to be a relevant tool for comparing bacterial diversity for natural assemblages from different sites (β diversity Among all analysed samples, communities appeared to be diversified (Simpson and Shannon diversity indices ranging from 0. 039 to 0. 094 and from 3. 50 to 4. 78, respectively), but less rich (around 23 OTUs – Operational Taxonomic Unit) than planctonic and soil communities. With less than 10 % of the OTUs detected in 50 % of the treated cases, community composition seemed to be highly conditioned by inter-sites repartition. Over a river section (River Garonne, France), an important differentiation of benthic bacterial communities (less than 50 % similarity) was observed between communities collected up- and downstream of an important urban centre (Toulouse, France). Excluding the particular OTUs affiliated to plastids and cyanobacteria, 11 taxa out of 63 were only detected upstream, and 13 downstream. Temporal bacterial community changes of natural assemblages were studied over an undisturbed seven month low water period. Two biomass peaks were recorded (around 25 g. M-2). Bacterial community DGGE profiles differed between the two biomass peaks and shared only 30% common OTUs, suggesting the influence of seasonal factors (light, temperature) on these communities. During the biomass accrual phase, bacterial richness and the appearance of new OTUs fitted a conceptual model of bacterial succession in biofilms. During succession, five OTUs (corresponding to Dechloromonas sp. , Nitrospira sp. , and three different Spirosoma spp. ) exhibited particular patterns and were present only during clearly defined successional stages, suggesting differences in life-history strategies (pioneer vs competitive strategies) for epilithic bacteria. Thus, in these naturally occurring epilithic biofilm assemblages, bacteria appeared to react through a combination of both allogenic (seasonal) and autogenic changes.