Métallophores dans les zones humides, lien avec les communautés microbiennes et leurs rôles potentiels dans le fonctionnement de l'écosystème

Metallophores in wetlands, link with microbial communities and their potential roles in ecosystem functioning

• Auteur / Autrice : Ivan Gonzalez Alvarez
• Direction : Béatrice Lauga, Robert Duran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physio biologie
• Date : Soutenance le 20/12/2023
• 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) - Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau)
• Jury : Président / Présidente : Christine Dupuy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Béatrice Lauga, Robert Duran, Odile Bruneel, Jean Martins
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Odile Bruneel, Jean Martins

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microorganismes

Tourbières

Métaux

Mots clés libres

Métallophores

Communautés microbiennes

Zones humides

Tourbière

Lac salé

Métaux

Metallophores

Microbial communities

Wetlands

Peatland

Saline lake

Metals

Résumé

Les microorganismes sont des catalyseurs indispensables dans les processus biogéochimiques au sein des écosystèmes. Les métaux traces sont des micronutriments clés pour la physiologie microbienne et les réactions redox. En cas de faible disponibilité des métaux essentiels, les microorganismes produisent des métallophores pour favoriser la solubilité des métaux. L'acquisition des métaux médiée par les métallophores permet d'assurer les processus essentiels pour le fonctionnement de l'écosystème et favorise les interactions microbiennes. Cependant, peu d'études ont directement caractérisé la présence des métallophores dans l'environnement. Pour mieux comprendre l'importance des métallophores dans l'environnement, nous avons étudié deux écosystèmes de zones humides précédemment non explorés : la tourbière Bernadouze (Ariège, France) et le lac de Gallocanta (Aragón, Espagne). Ces écosystèmes présentaient une faible disponibilité en métaux en raison respectivement de la forte teneur en matière organique, et de conditions alcalines/salines. Cette thèse s'est concentrée sur trois objectifs principaux : identifier les structures de métallophores présents dans l'environnement, déterminer les producteurs microbiens potentiels et proposer leurs rôles dans la dynamique biogéochimique de ces écosystèmes.Le profilage des métallophores a identifié des structures d'hydroxamate comme le type de métallophore le plus courant dans les deux environnements. Cependant, les différents contextes environnementaux ont influencé l'inventaire des métallophores retrouvés dans les échantillons. Notamment, des métallophores à faible diffusion, tels que l'acyl-desferrioxamine I et la mycobactine S, ont été trouvés exclusivement dans l'eau. Pour identifier les producteurs potentiels, nous avons appliqué une méthode basée sur la taxonomie, impliquant la comparaison croisée des données de metabarcoding des gènes de l'ARNr 16S et l'inventaire des métallophores avec des informations extraites de bases de données de métabolites secondaires disponibles publiquement. Les candidats microbiens prédits pour la production de métallophores représentaient une minorité de la communauté. Ces candidats présentaient des liens avec le cycle du carbone et de l'azote, et étaient principalement associés à la végétation. De plus, l'identification de métallophores dans des échantillons de différentes profondeurs suggère l'existence de producteurs vivant librement et nous amène à questionner l'étendue des interactions médiées par les métallophores.

Microorganisms are indispensable catalysts in biogeochemical processes within ecosystems. Trace metals are key micronutrients for microbial physiology and redox reactions. In conditions of metal scarcity microbes produce compounds known as metallophores to promote metal solubility. Metallophore-mediated metal uptake sustains key processes for ecosystem functioning and participates in microbial interactions. However, few studies have directly characterized the occurrence of metallophores in the environment. To gain a deeper understanding of the significance of metallophore-mediated response in the environment, two previously unexamined wetland ecosystems were studied: the Bernadouze peatland (Ariège, France) and the Gallocanta Lake (Aragón, Spain). These ecosystems exhibited low metal availability due to high levels of organic matter and alkaline/saline conditions, respectively. This thesis is focused on three main objectives: identifying metallophore compounds present in the environment, determining potential microbial producers, and anticipating their roles in the biogeochemical dynamics of these ecosystems.Metallophore screening identified hydroxamate structures as the most recurrent type of metallophore in both environments. However, the different environmental contexts imposed specific metallophore patterns. Notably, low-diffusive metallophores, such as acyl-desferrioxamine I and mycobactin S, were found exclusively in water. To identify potential producers, a taxonomic-based method was employed, involving the cross-comparison of metabarcoding 16S rRNA gene taxonomic profiling of the microbial communities and metallophore inventory with information retrieved from publicly available secondary metabolite databases. The predicted microbial candidates for metallophore production were in the minority in the community. These candidates exhibited links to carbon and nitrogen cycling, and predominantly associated with vegetation. Furthermore, the identification of metallophores in samples from different depths suggests the existence of free-living producers and leads us to question the extent of metallophore-mediated interactions.