Altération bactérienne des minéraux dans les écosystèmes forestiers pauvres en nutriments : Analyse des communautés bactériennes et identification des mécanismes impliqués

Mineral weathering bacterial communities in nutrient-poor forest soil : anlaysis of the bacterial communities and genes involved

• Auteur / Autrice : Cendrella Lepleux
• Direction : Pascale Frey-Klett, Stéphane Uroz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale et forestière
• Date : Soutenance le 03/12/2012
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interactions Arbres Micro-organismes (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Leblond
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Simonet, Stéphane Vuilleumier, Marie-Pierre Turpault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Mougel, Alain Sarniguet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie génétique

Cycle des éléments minéraux (biogéochimie)

Écologie des forêts

Bactéries

Géochimie de l'environnement

Altération (géologie)

Mots clés libres

Altération (géologie)

Géochimie (environnement)

Bactéries

Écosystèmes forestiers

Cycle des éléments minéraux

Génie génétique

Bêta-proteobacteria

Burkholderia

Minéralosphère

Métagénomique

Approche fonctionnelle

Biodisponibilité des nutriments

Weathering (geology)

Geochemistry (environment)

Bacteria

Forest ecosystem

Inorganic nutrients cycle

Genetics

Beta-proteobacteria

Burkholderia

Mineralosphere

Metagenomics

Functional approach

Nutrient bioavailability

Résumé

Dans les écosystèmes forestiers pauvres en nutriments, les minéraux du sol constituent la principale source de nutriments inorganiques nécessaires à leur bon fonctionnement. Néanmoins ces nutriments ne sont pas directement accessibles aux racines des arbres. C'est l'action conjointe de facteurs abiotiques, comme le pH ou la circulation de l'eau, et biotiques comme les racines ou les microorganismes du sol dont les bactéries, qui vont conduire à l'altération de ces minéraux. A ce jour, nos connaissances sur les communautés bactériennes impliquées dans le processus d'altération et leur distribution dans des sols forestiers restent limitées, notamment à des habitats tels que la rhizosphère et la mycorhizosphère. Les objectifs de cette thèse étaient de caractériser les communautés bactériennes colonisant les minéraux du sol et leur aptitude à altérer les minéraux et enfin d'identifier les gènes bactériens impliqués. La combinaison d'approches cultivable, non cultivable et de biogéochimie sur des minéraux enterrés pendant 4 ans dans un sol forestier, a démontré que leur surface était colonisée par des communautés bactériennes spécifiques, capables d'altérer les minéraux et présentant des capacités métaboliques limitées, suggérant que ce support pourrait être considéré comme un habitat : la minéralosphère. La relation minéral/bactéries a été testée in situ via un amendement minéral sur une plantation et a mis en évidence l'impact de la disponibilité en nutriments sur la structuration des communautés bactériennes capables d'altérer les minéraux. L'étude génétique réalisée sur la souche modèle PML1(12) a révélé l'implication de plusieurs mécanismes dans la fonction altération

In nutrient-poor forest ecosystems, minerals are the main source of inorganic nutrients for the long lasting functioning of the forests. However, these nutrients are not directly accessible to the tree roots. It is the joined action of abiotic factors, such as pH and water circulation, and biotic factors such as tree roots and soil microorganisms, and notably bacteria, which leads to the solubilisation of these minerals. To date, our knowledge of the bacterial communities involved in the mineral weathering process and their distribution in forest soils is very limited and remains restricted to habitats such as the rhizosphere and mycorrhizosphere. The goals of this PhD thesis were to characterise the mineral associated bacterial communities, their ability to weather minerals and finally to identify the bacterial genes involved in the mineral weathering process. The combination of geochemical, cultivation-dependent and -independent approaches applied on minerals grounded in a forest soil during 4 years, revealed that the mineral associated bacterial communities were specific, able to weather minerals and had restricted metabolic abilities. These results suggest that minerals could be considered as a true ecological habitat: the mineralosphere. The mineral/bacteria relationship was tested in situ through a mineral amendment applied on a small-scale plantation, which has highlighted that the nutrient availability impacted the functional structure of the mineral weathering bacterial communities. At least, random mutagenesis applied on a model mineral weathering bacterial strain revealed that its mineral weathering ability resulted from several molecular mechanisms