Potentiel toxique et structure génétique de populations de Microcystis en lien avec les différentes phases de son cycle de vie

Toxic potential and genetic structure in populations of Microcystis along its life cycle

• Auteur / Autrice : Benjamin Olivier Misson
• Direction : Christian Amblard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie des Systèmes Aquatiques Continentaux
• Date : Soutenance le 19/10/2011
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Microorganismes : Génome et environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : (LMGE) Laboratoire Microorganismes : Génome et Environnement
• Jury : Président / Présidente : Lucien Hoffmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Humbert, Joël Robin, Jean-François Briand, Delphine Latour
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Humbert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie des eaux

Microcystines

Cyanobactéries

Mots clés libres

Cyanobactéries

Toxines

Écologie microbienne

Génétique des populations

Cyanobacteria

Toxins

Microbial ecology

Population's genetic

Résumé

L‟eutrophisation croissante des écosystèmes aquatiques favorise le développement des cyanobactéries, parmi lesquelles Microcystis est la plus représentée dans les régions tempérées. La capacité de Microcystis à produire une puissante hépatotoxine, la microcystine, est à l‟origine de diverses perturbations écologiques, et de nombreuses nuisances sanitaires. La compréhension des facteurs déterminant la toxicité des efflorescences de Microcystis constitue, de fait, un enjeu majeur des recherches actuelles. Dans ce contexte, l‟objectif premier de ce travail de thèse était d‟étudier la variabilité temporelle et l‟implication potentielle de la toxicité de Microcystis à l‟échelle de son cycle de développement annuel. Pour cela, il était nécessaire de considérer, en particulier, les parties les moins connues du cycle de développement : la phase de survie benthique, et les transitions entre les phases benthique et planctonique, via les processus de recrutement et de sédimentation. Nous avons alors étudié le potentiel toxique des populations de Microcystis grâce à des approches complémentaires menées à différentes échelles spatio-temporelles, en considérant à la fois les gènes impliqués dans la synthèse de microcystines, leur transcription et les concentrations en microcystines. Cette étude s‟est appuyée, en parallèle, sur la caractérisation de la structure génétique des populations de Microcystis dans les compartiments benthique et planctonique. La prise en compte systématique de la phase de vie benthique a tout d‟abord permis d‟améliorer nos connaissances sur cette phase du cycle de développement de Microcystis. Ainsi, Microcystis peut survivre plusieurs années en profondeur dans les sédiments, sans que les populations ne perdent leur potentiel toxique, ou que leur structure génétique soit altérée. En revanche, en surface des sédiments, le potentiel toxique et la structure génétique des populations sont variables, de manière similaire à ce qui peut être observé dans la colonne d‟eau. Enfin, ces travaux ont également mis en évidence l‟influence des phases de transition entre l‟eau et les sédiments dans la variabilité du potentiel toxique et de la structure génétique des populations de Microcystis. Les processus de recrutement benthique et de sédimentation occasionnent, en effet, une sélection génétique, qui, bien que paraissant indépendante du potentiel toxique des génotypes, peut grandement affecter le potentiel toxique des sous-populations benthiques et planctoniques de Microcystis.

The increasing eutrophication of aquatic ecosystems promotes the development of cyanobacteria, among which Microcystis is the most widespread in temperate regions. The ability of this cyanobacterium to produce a potent hepatotoxin, called the microcystin, represent a serious threat for both natural life and human health. Thus, understanding the factors determining the toxicity of Microcystis blooms is a major challenge of actual research. In this context, the main goal of this work was to study the temporal variability and the potential implication of Microcystis toxicity, at the scale of its annual life cycle. For that, it was necessary to consider more particularly, the least known parts of the cycle : the benthic survival phase, and the transition between the benthic and the planktonic phases, through the benthic recruitment and the sedimentation processes. Then, we studied the toxic potential of Microcystis populations through complementary approaches conducted at different spatio-temporal scales, by considering the genes controlling the synthesis of the microcystin, their transcription and the concentrations of microcystin. In parallel, the genetic structure of Microcystis populations was characterized in both benthic and planktonic compartments. By considering systematically the benthic life stage, we were first able to improve our knowledge on this phase of Microcystis development cycle. Thus, Microcystis is able to survive several years in deep sediments, without the population‟s toxic potential or genetic structure being degraded. On the other hand, at the sediment surface, the toxic potential and the genetic structure of the populations vary, in a similar range to what observed in the water column. Furthermore, this work also shed the light on the influence of benthic-pelagic transitions in the variability of the genetic structure and the toxic potential of the populations of Microcystis. Indeed, a genetic selection occurs during the benthic recruitment and the sedimentation processes. Although such a selection does not seem to rely on the toxic potential of the genotypes, it can greatly modify the toxic potential of both benthic and planktonic sub-populations of Microcystis.