Dynamique spatio-temporelle du picoplancton eucaryote lacustre : approches moléculaires par FISH et pyrosequençage

Spatial and temporal dynamic of eukaryotic picoplankton in lakes : molecular approaches by FISH and pyrosequencing

• Auteur / Autrice : Jean-François Mangot
• Direction : Isabelle Domaizon, Didier Debroas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre, de l'univers et de l'environnement
• Date : Soutenance le 31/10/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre alpin de recherche sur les réseaux trophiques des écosystèmes limniques (Thonon-les-Bains, Haute-Savoie) - Laboratoire Microorganismes : Génome et environnement
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Descy, Télesphore Sime Ngando
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laure Guillou, David Moreira

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules eucaryotes

Plancton

Mots clés libres

Lac

Picoplancton eucaryote

Dynamique

TSA-FISH

Pyroséquençage

Diversité

Lake

Eukaryotic picoplankton

Dynamics

TSA-FISH

Pyrosequencing

Diversity

Résumé

Ces travaux de recherche, menés par une approche écosystémique et par la mise en œuvre de plusieurs méthodes moléculaires (TSA-FISH, qPCR et pyroséquençage), ont eu pour objectif (i) d'acquérir des données quantitatives concernant divers groupes eucaryotes unicellulaires présents dans la fraction picoplanctonique lacustre, (ii) d'explorer la dynamique spatiale et temporelle de ces groupes picoeucayotes tant en terme d'abondance que de diversité phylogénétique, et ceci à différentes échelles d'observation, et (iii) d' apporter une profondeur d'analyse supplémentaire de la diversité et de la structure des picoeucaryotes par l'utilisation de séquençage massif. L'utilisation de sondes oligonucléotidiques spécifiques a mis en évidence l'importance quantitative d'organismes photosynthétiques appartenant aux Chrysophycées, Chlorophycées, ainsi que la présence récurrente de groupes potentiellement parasites-saprophytes (Perkinsozoa, Fungi, LKM11). L'étude de la répartition spatiale (verticale) et géographique (trois lacs) de ces groupes par cette même approche a mis en lumière des différences d'abondance selon le statut trophique et la profondeur. Ainsi, la présence dans des proportions significatives d'organismes pigmentés (Chlorophycées, Haptophycées) en zone hypolimnique non éclairée nous a conduit à émettre l'hypothèse de l'importance de la mixotrophie au sein de la fraction picoplanctonique. Par ailleurs, l'utilisation du séquençage à haut débit a permis de révéler une importante diversité (1017 OTUs) 10 à 100 fois supérieure à celle décrite classiquement (clonage-séquençage de l'ADNr 18S). Son application à une échelle temporelle fine (2/3 jours) a permis de mettre en évidence d'importants et continuels remaniements au sein de la communauté picoeucaryote impliquant principalement les 21 OTUs appartenant au “core taxa” (>1% des séquences), et des taxa présentant des abondances intermédiaires (0,01-1% des séquences). A contrario, l'assemblage des taxa rares (<0,01%) composant plus de la moitié de la diversité décrite, s'avère quant à lui relativement stable au cours du temps. Les données acquises au cours de ce travail contribuent à alimenter les débats concernant les patrons de diversité microbienne et suggèrent la nécessité de mieux intégrer la notion de diversité fonctionnelle dans ces réflexions.

The studies reported in this manuscript aimed (i) to acquire quantitative data on various unicellulareukaryotes detected in the lacustrine picoplanktonic size fraction, (ii) to explore the spatial and temporaldynamics of these picoeucayotic groups both in terms of abundance and phylogenetic diversity, atdifferent scales of observation, and (iii) to bring an additional in-depth analysis of the picoeukaryotesdiversity and structure by using massive sequencing. These questions were investigated by an ecosystemicapproach, and, by coupling different molecular techniques (TSA-FISH, qPCR and pyrosequencing).Theuse of specific oligonucleotide probes highlighted the quantitative importance of photosyntheticorganisms (Chrysophyceae, Chlorophyceae), especially in summer, and the recurrent presence of putativeparasites-saprophytes groups (Perkinsozoa, Fungi, LKM11) was also confirmed. The study of the spatial(vertical) and geographical distribution (three lakes) of these groups showed differences in abundanceaccording to the trophic status and depth. The presence, in the hypolimnion, of pigmented organisms insignificant proportions (Chlorophyceae, Haptophyceae) suggested a mixotrophic activity exerted by thesegroups. Furthemore, the analyses of the picoeucaryote community by high-throughput sequencingrevealed an important diversity (1017 OTUs), 1 to 2 orders of magnitude larger than classically obtainedby cloning-sequencing of 18S rDNA. Its application at short time scales (2/3 days) revealed important andcontinual rearrangements in the picoeukaryote community which mainly involved 21 OTUs belonging tothe "core taxa" (> 1% of sequences), and taxa with intermediate abundances (0.01 to 1% of sequences).Conversely, the rare taxa community (<0.01%), which represented more than half of the describeddiversity, is in turn relatively stable over time.The data acquired contribute to the debate about thepatterns of microbial diversity. They suggest the need to better integrate the concept of functionaldiversity in these reflections.