Caractérisation et modélisation des interactions au sein d'un assemblage de cyanobactéries diazotrophes et de microalgues

Characterization and modeling of the interactions within an assemblage of microalgae and diazotrophic cyanobacteria

• Auteur / Autrice : Margaux Caia
• Direction : Jean-Philippe Steyer, Olivier Bernard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie et microbiologie
• Date : Soutenance le 13/12/2018
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement (Narbonne)
• Jury : Président / Présidente : Antoine Sciandra
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Philippe Steyer, Olivier Bernard, Antoine Sciandra, Sophie Bonnet, Francis Mairet, Filipa Lopes
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sophie Bonnet, Francis Mairet

Mots clés

Mots clés libres

Dunaliella salina

Crocosphaera watsonii

Modélisation

Interactions

Productivité

Compétition

Dunaliella salina

Dunaliella salina

Modelling

Interactions

Productivity

Competition

Résumé

L’objectif de cette thèse est d’étudier et d’optimiser les interactions entre la micro-algue d’intérêt économique Dunaliella salina et la cyanobactérie fixatrice de diazote Crocosphaera watsonii. Comme pour les plantes terrestres, la co-culture d’une micro-algue et d’un organisme diazotrophe pourrait en effet conduire à limiter les apports d’engrais azoté. Une première série d’expériences compare la physiologie de D. salina et C. watsonii en mono- et co-cultures pour comprendre l’impact des interactions sur la dynamique de l’assemblage. Une forte compétition pour la lumière et des effets allélopathiques sont identifiés. Les résultats expérimentaux sont ensuite extrapolés grâce à une approche théorique de modélisation. En supposant le recyclage de l’azote dérivé de la diazotrophie par des bactéries, il est montré que la compétition pour la lumière reste contre-productive pour l’écosystème. Dans un troisième temps, une autre série d’expériences vise à co-cultiver les organismes dans des systèmes sans contact cellulaire pour s’affranchir de la compétition pour la lumière. Le modèle mathématique permet alors d’identifier les interactions complexes liées à cet assemblage artificiel.Cette étude confirme l’importance de coupler expérimentations et modélisation pour comprendre l’ensemble des interactions au sein d’un écosystème. Nos résultats offrent des perspectives encourageantes pour la co-culture et son déploiement industriel dans un objectif de développement durable.

The aim of this thesis is to investigate and to optimize the interactions within Dunaliella salina, a microalga of economic interest, and the N2-fixing cyanobacteria Crocosphaera watsonii. Similarly to terrestrial plants, co-culturing microalgae together with diazotrophs would indeed reduce the need of nitrogen fertilizer inputs. A first set of experiments compares D. salina and C. watsonii physiologies when mono- and co-cultured to understand the impact of interactions on the ecosystem dynamics. A strong light competition and an allelopathic effect are both detected. Results are then extrapolated using a theoretical modelling approach. Competition for light is shown to be counter-productive for the ecosystem, even when the bacteria recycle diazotroph derived nitrogen. A second set of experiments is conducted in contactless systems to avoid light competition. The mathematical model allows us to determine the interactions associated with this artificial assemblage.This thesis shows the importance of coupling experimental and modelling approaches to further understand the network of interactions within the ecosystem. Our results highlight encouraging perspectives for industrial development of co-cultures in an objective of sustainable development.