Une vision holistique des assemblages de communautés benthiques ouvre la voie à la définition de bioindicateurs moléculaires de l'état écologique des marais

A holistic view of benthic community assemblages paves the way for the definition of molecular bioindicators of marshes ecological status

• Auteur / Autrice : Clélia Duran
• Direction : Cristiana Cravo-Laureau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physio biologie
• Date : Soutenance le 21/12/2023
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau)
• Jury : Président / Présidente : Cédric Hubas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cristiana Cravo-Laureau, Jean-François Briand, Philippe Cuny, Marie-Christine Dupuy, Hélène Aguogué
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Briand, Philippe Cuny

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie moléculaire

Sédiments littoraux

Écologie microbienne

Mots clés libres

Bioindicateur

Ecologie microbienne

Biologie moléculaire

Approche holistique

Sédiments côtiers

Bioindicator

Microbial ecology

Molecular biology

Holistic approach

Coastal sediment

Résumé

Les zones humides littorales et rétro-littorales sont des environnements de transition entre les territoires continentaux et océaniques. Ces zones humides peuvent abriter divers environnements dont notamment une grande variété de marais, menacés par les changements globaux. En effet, les marais sont fortement impactés par diverses activités humaines, reçoivent des contaminants à la fois des océans et des continents et subissent également des changements physico-chimiques importants dus aux perturbations climatiques, telles que de forts épisodes de précipitions (crues, submersions) et de vagues de chaleur. Dans ces écosystèmes, les communautés benthiques, fournissent de nombreux services écosystémiques, permettant, entre autres, la séquestration du carbone, l'épuration de l'eau et/ou des cycles biogéochimiques fonctionnels. Ces communautés, composées majoritairement de micro-organismes (procaryotes et eucaryotes) et de la méiofaune, sont régies par de nombreuses interactions biotiques et abiotiques. Les écosystèmes benthiques sont donc d'une importance primordiale pour le fonctionnement des environnements côtiers. Mieux comprendre les communautés benthiques, leurs interactions, ainsi que les facteurs les influençant, permettrait alors de fournir des outils de surveillance de l'état de ces écosystèmes (bioindicateurs) facilement utilisables afin de mettre en œuvre des mesures de préservation.Afin de détecter les divers organismes de la communauté benthique, une stratégie d'extraction d'ADN a été mise en place et validée sur une communauté artificielle. Cette stratégie permet d'enrichir la méiofaune benthique par tamisage sans effet significatif sur les communautés microbiennes.Cette stratégie d'extraction d'ADN a, par la suite, été utilisée pour réaliser un suivi saisonnier de huit marais de Charente Maritime, caractérisés par des salinités différentes. Cette étude a permis de mettre en avant les différents facteurs contrôlant les communautés benthiques. La salinité est le premier facteur discriminant, suivi par les concentrations en sels nutritifs, puis par un effet saisonnier spécifique à chaque site. L'analyse des communautés par des réseaux de co-occurrence a notamment permis de mettre en avant de possibles interactions entre les organismes des trois domaines du vivant. La présence de phyto-eucaryotes dans une majorité de modules suggère une importance particulière de ces organismes dans la structuration des communautés benthiques. L'identification de biomarqueurs de salinité et de saison révèle de nombreux organismes phyto-eucaryotes et d'autres organismes potentiellement impliqués dans le cycle de l'azote. Certains sont retrouvés impliqués dans des modules des différents réseaux de co-occurrence, suggérant ainsi que ces organismes jouent un rôle important dans la structuration des communautés benthiques des marais.Ce suivi saisonnier a également permis de tester des bioindicateurs de salinité et de sels nutritifs utilisant une approche holistique. Ces bioindicateurs répondaient bien aux changements de salinité et ratio Azote:Phosphore (N:P). Il est cependant proposé d'utiliser ces bioindicateurs, non pas pour évaluer les changements de composition chimique du milieu, mais plutôt pour évaluer l'effet de ces changements sur l'écosystème. L'approche holistique pourrait, en effet, informer sur l'état trophique de l'écosystème benthique ainsi que sur d'éventuels changements de fonctions dus à une modification de la structure de la communauté, ce qui permettrait de connaitre le statut écologique du milieu après une perturbation.

Coastal and retro-coastal wetlands are transitional environments between continental and oceanic territories. These wetlands can be home to a variety of environments, including a wide range of marshes, which are threatened by global changes. Indeed, marshes are heavily impacted by various human activities, receive contaminants from both oceans and continents, and are also undergoing significant physical-chemical changes due to climatic disturbances such as heavy precipitation events (floods, submersions) and heat waves. In these ecosystems, benthic communities provide numerous ecosystem services, including carbon sequestration, water purification and/or functional biogeochemical cycles. These communities, composed mainly of micro-organisms (prokaryotes and eukaryotes) and meiofauna, are governed by numerous biotic and abiotic interactions. Benthic ecosystems are therefore of pivotal importance for the functioning of coastal environments. A better understanding of benthic communities, their interactions and the factors influencing them will make it easier to provide tools for monitoring the status of these ecosystems (bioindicators), so that conservation measures can be implemented.In order to detect the various organisms of the benthic community, a DNA extraction strategy was developed and validated on an artificial community. This strategy enriched benthic meiofauna by sieving, without any significant effect on microbial communities.The developed DNA extraction strategy was then used for a seasonal monitoring including eight Charente Maritime marshes encompassing different salinities. This study highlighted the different factors controlling benthic communities. Salinity was the first discriminating factor, followed by nutrient concentrations, and then by a seasonal effect specific to each site. Community analysis using co-occurrence networks highlighted correlations between organisms of the three domains of life. The presence of phyto-eukaryotes organisms in a majority of modules suggests the particular importance of these organisms in structuring benthic communities. Biomarkers of salinity and season revealed numerous phyto-eukaryotes organisms and other organisms potentially involved in the nitrogen cycle. Some of them were found in modules of the various co-occurrence networks, suggesting that these organisms play an important role in structuring the benthic community inhabiting marshes.This seasonal monitoring enabled the test of salinity and nutrient bioindicators using a holistic approach. These bioindicators responded well to changes in salinity and the Nitrogen:Phosphorus (N:P) ratio. However, it is proposed to use these bioindicators, not to evaluate changes in the environment's chemical composition, but rather to assess the effect of these changes on the ecosystem. The holistic approach could provide information on the trophic status of the benthic ecosystem as well as any changes in function due to a change in the community structure. Thus, such bioindicators will provide useful information on the ecological status of the environment after a disturbance.