Caractérisation des proliférations nostocaléennes anciennes et futures via les akinètes présents dans les sédiments

Characterization of past and future nostocalean proliferations with akinetes present in sediments

• Auteur / Autrice : Benjamin Legrand
• Direction : Delphine Latour, Antoine Thouvenot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Gestion de l'Environnement - Ecologie
• Date : Soutenance le 12/12/2017
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Microorganismes : Génome et environnement
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Annick Wilmotte, Raffaele Siano
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Bernard, Bastiaan Ibelings

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nostocales

Mots clés libres

Akinètes

Paléo-indicateur

Sédiments

Potentiel toxique

Intégrité

Germination

Akinetes

Paleoindicator

Sediments

Toxic potential

Integrity

Germination

Résumé

Les akinètes sont des cellules de résistance produites par les cyanobactéries de l’ordre des Nostocales. Issues de la différenciation de cellules végétatives, les akinètes sont capables de persister en surface des sédiments pendant la période hivernale puis de germer au printemps pour recoloniser la colonne d’eau. Le suivi des populations pélagiques et benthiques effectué pendant deux années sur le lac d’Aydat a montré que les akinètes présents à la surface des sédiments sont représentatifs de la diversité et de l’abondance, des proliférations nostocaléennes passées. Leur capacité à persister dans les sédiments sur de longues échelles de temps a permis de mettre en évidence la présence de cyanobactéries il y a plusieurs milliers d’années. La présence récurrente d’akinètes dans les sédiments jusqu’à la période actuelle indique la persistance d’un niveau trophique élevé sur l’ensemble de l’histoire de ce lac. Parallèlement, le potentiel toxique des akinètes, étudié via la détection des gènes anaC et mcyA, a montré la co-occurrence de ces deux cyanotoxines dès les premiers blooms cyanobactériens, il y a plus de 6700 ans ainsi que la récurrence d’anaC, associé à Dolichospermum macrosporum, au moins sur les 30 dernières années. Par ailleurs, d’importantes différences de pourcentage d’intégrité des akinètes ont été observées en fonction des espèces, variant en moyenne de 5 à 60% pour les deux espèces dominantes, D. macrosporum et D. flos-aquae respectivement. Cette variabilité serait le reflet des interactions écologiques survenues dans la colonne d’eau et traduirait des stratégies écologiques différentes. De même, la capacité et le temps de germination semblent être espèce dépendante, ce qui permettrait un étalement de la période de recrutement en fonction des conditions environnementales. Malgré une perte globale de viabilité avec le temps, des akinètes enfouis depuis 1800 ans dans les sédiments ont révélé leur capacité à germer, confirmant l'importance de ces cellules de résistance dans la pérennisation à long terme des proliférations nostocaléennes.

Akinetes are resistant cells produced by cyanocteria of the Nostocales Order. Originating from the differentiation of vegetative cells, Akinetes are able to persist in surface sediment duringg winter and then germinate in spring to recolonize the water column. Monitoring on pelagic and benthic populations performed during two years in lake Aydat has shown that the akinetes present in surface sediments are representative of diversity and abundances of past nostocalean proliferations. Akinetes capacity to persist in sediment at large time scales has allowed to highlight cyanobacterial presence since several thousand years. Recurrences of akinetes in sediment from 6 700 years to present day presume that the trophic level stayed high through the history of this lake. In parallel, the toxic potential of akinetes, studied with the detection of anaC and mcyA genes, has shown the co-occurrence of anatoxin-a and microcystins the since first cyanobacterial blooms, 6 700 years ago and the recurrence of anaC associated to Dolichospermum macrosporum since at least the last 30 years. On the other hand, high differences of intact akinete percentages have been observed depending on the species, with mean values of 5 and 60 % for D. macrosporum and D. flos-aquae (the two dominant species) respectively. This varibiliy may be the reflect of ecologic interactions which occurred in the water column and may be due to different ecological strategies. Moreover, ability and time of germination seem to be dependent, which may allow to extend the window of recruitment depending on environmental conditions. Despite a high loss of viability over time, some akinetes buried since 1 800 years in sediments have shown their ability to germinate, confirming the importance of these resistant cells in the long scale perpetuation of nostocalean blooms.