Rôle de la diversité des micro-organismes sur le fonctionnement des tourbières dans un contexte de changement climatique.

Characterization of prokaryotic microbial communities in Pyrenean peatlands : diversity, distribution and functional role

• Auteur / Autrice : Étienne Richy
• Direction : Béatrice Lauga, François Rigal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions
• Date : Soutenance le 29/03/2021
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'agglomération : Communauté d'agglomération de Pau-Pyrénées
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Béatrice Lauga, François Rigal, Edward Mitchell, Purificación López-García, Nathalie Fromin, Laure Gandois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Edward Mitchell, Purificación López-García

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cycle du carbone

Tourbières

Mots clés libres

Tourbière

Diversité microbienne

Écologie

Génomique

Cycle du carbone

Paramètre physico-chimique

Peatland

Microbial diversity

Ecology

Genomics

Carbon cycling

Physico-chemical parameters

Résumé

Les microorganismes sont les principaux acteurs de la dégradation de la matière organique d’origine végétale, et influencent directement le stockage et le relargage de carbone. Dans les tourbières, l’activité microbienne est inhibée par les conditions globalement anoxiques, les pH acides et les faibles concentrations en nutriments. Par conséquent, les tourbières sont le troisième réservoir de carbone mondial après les océans et les forêts, alors que leur surface ne représente que 3% des terres émergées. Bien que de moindre ampleur que les systèmes tourbeux des hautes latitudes australes et boréales, les tourbières des étages montagnards à plus basse latitude reste moins étudiées à ce jour mais méritent, elles aussi, une grande attention. Ainsi, afin de mieux comprendre le rôle des microorganismes dans le fonctionnement de ces écosystèmes, nous avons étudié quatre tourbières localisées dans les Pyrénées. Dans une première étude, nous avons observé des patrons similaires dans la structure des communautés microbiennes sur les carottes de trois tourbières d’altitude (Andorre et Espagne), avec une diversité fortement stratifiée sur la profondeur et en lien avec le rapport massique carbone/azote, la densité apparente et la teneur en eau de la tourbe. Dans une deuxième étude réalisée sur la tourbière de Bernadouze (Ariège, France), et grâce à un échantillonnage intensif, nous avons pu mettre en évidence que la saison et les habitats (e.g. buttes, gouilles) n’avaient que peu d’influence sur la structure des communautés microbiennes. A l’inverse, le pH, la distance à la nappe phréatique et dans une moindre mesure le rapport massique carbone/azote ont été identifiés comme étant les déterminants majeurs des variations de diversité et composition des communautés microbiennes, traduisant une distribution spatiale non aléatoire des bactéries et des archées. Ces résultats ont été confirmés grâce à une approche génome-centré développée dans une troisième étude. L’assemblage de 290 génomes uniques répartis dans 27 lignées différentes, a ainsi montré que les Acidobacteria étaient des bactéries clés dans le fonctionnent de la tourbière de Bernadouze, possédant le potentiel métabolique pour dégrader la matière organique complexe. Enfin, une nouvelle lignée d’archée méthanogène très abondante a été découverte, suggérant que la méthanogenèse pouvait être un processus important dans la tourbière de Bernadouze.

Microorganisms are the key factors in plant litter decomposition, and directly influence the storage and release of carbon. In peatlands, microbial activity is inhibited by the concomitant anoxic, acidic, and poor nutrient conditions. As a result, peatlands store one-third of global soil carbon pool, while they occupy only 3% of the global land surface. Although smaller than boreal, austral, and subarctic peatlands, mountain peatlands located at lower latitudes are less studied but deserve also our full attention. Thus, to investigate the diversity and the role of the microorganisms in the functioning of these unique ecosystems, we collected samples from four peatlands located in the Pyrenees. In a first study, we observed similar patterns in the structure of microbial communities in three high-altitude peatlands (Andorra and Spain), with the microbial diversity being highly stratified over the depth gradient and related also to the carbon/nitrogen mass ratio, bulk density and water content. In a second study carried out at the Bernadouze peatland (Ariège, France), and thanks to an intensive sampling, we showed that the season and microhabitats (e.g. hummock, hollow) had little influence on the structure of the microbial communities. Conversely, pH, distance to the water table and, to a lesser extent, the carbon/nitrogen mass ratio were identified as the major determinants of the variations in microbial community diversity and composition, reflecting a non-random spatial distribution of bacteria and archaea throughout the landscape. These results were confirmed by a genome-centric approach developed in a third study. The assembly of 290 unique genomes distributed in 27 different lineages showed that Acidobacteria were key bacteria in the functioning of the Bernadouze peatland, with the metabolic potential to degrade complex organic matter. Finally, a new lineage of a very abundant methanogenic archaea was discovered, suggesting that methanogenesis could be an important process in the Bernadouze peatland.