Diversité des communautés microbiennes de la rhizosphère d’une plante endémique des îles subantarctiques de Kerguelen et implication dans sa réponse au changement climatique et implication dans sa réponse au changement climatique

(1)

SOUTENANCE 14/06/2019 ¹

DIVERSITE DES COMMUNAUTES MICROBIENNES DE LA RHIZOSPHERE D’UNE PLANTE EN COUSSIN ENDEMIQUE DES ILES KERGUELEN

IMPLICATION DANS SA REPONSE AU CHANGEMENT CLIMATIQUE

Master 2 Biologie Végétale parcours GSP

Auteur: MARTINS Renaud Encadrantes:

MONARD Cécile HENNION Françoise

IPEV 1116 PlantEvol

(2)

Contexte d’étude

Subantarctique: Région de l’hémisphère sud

incluant de nombreuses îles dans la partie australe des océans Indien, Pacifique et Atlantique

Environnement extrême : Fortes précipitations, forts vents froids, basses températures, sols peu fertiles et faibles productivités

2

Source: Programme IPEV 136

(3)

Contexte d’étude

Subantarctique: Région de l’hémisphère sud

incluant de nombreuses îles dans la partie australe des océans Indien, Pacifique et Atlantique

Environnement extrême : Fortes précipitations, forts vents froids, basses températures, sols peu fertiles et faibles productivités

Iles Kerguelen: Riche en espèces de plantes endémiques

Lyallia kerguelensis (Montiaceae)

Plante en coussin, endémique, pérenne, longue durée de vie, croissance lente

3

10 cm

Source: Programme IPEV 136

Source: Thomas Dorey

(4)

Gamme variée d’habitats

Forme dominante environnements extrêmes

Coussin: Profusion de tiges abondamment ramifiées, entrenœuds courts

Menaces: Changement climatique rapide et intense Nécroses observées

4

Contexte d’étude

Source: Thomas Dorey, 2017, Rapport de stage M2 EFCE Rennes

20 cm

Source: Lorène Marchand

(5)

Gamme variée d’habitats

Forme dominante environnements extrêmes

Coussin: Profusion de tiges abondamment ramifiées, entrenœuds courts

Menaces: Changement climatique rapide et intense Nécroses observées

Etude récente : Pas de lien entre données édaphiques et

nécroses au delà de 10% de surface nécrosée sur L. kerguelensis Communautés microbiennes du sol

5

Contexte d’étude

Source: Thomas Dorey, 2017, Rapport de stage M2 EFCE Rennes

20 cm

Source: Lorène Marchand

(6)

6

Contexte d’étude

Communautés microbiennes du sol

- Rôle majeur dans les processus vitaux du sol - Interactions avec les plantes

Source: Réalisé par Renaud Martins

(7)

7

Contexte d’étude

Communautés microbiennes du sol

Défaut de connaissances sur les communautés microbiennes du sol dans la région subantarctique et aux îles Kerguelen en particulier

(Pansu et al., 2015)

- Rôle majeur dans les processus vitaux du sol - Interactions avec les plantes

Source: Réalisé par Renaud Martins

(8)

Q1: Quelle est la biomasse microbienne dans les sols aux îles Kerguelen ?

8

Objectifs

(9)

Q1: Quelle est la biomasse microbienne dans les sols aux îles Kerguelen ?

Q2: Quelle est la composition des communautés microbiennes (bactéries, archées et champignons) de la rhizosphère de Lyallia kerguelensis?

9

Objectifs

(10)

Q1: Quelle est la biomasse microbienne dans les sols aux îles Kerguelen ?

Q2: Quelle est la composition des communautés microbiennes (bactéries, archées et champignons) de la rhizosphère de Lyallia kerguelensis?

Q3: Existe-il des liens entre les communautés microbiennes et les nécroses observées sur L. kerguelensis ?

10

Objectifs

(11)

5 stations : Q1

11

Stations d’échantillonnage

MAC1, PJDA6, LON10: Q2 MAC1, PJDA6, RBA5: Q3

Source: Réalisée par Lorène Marchand

(12)

12

Stations d’échantillonnage

Stations contrastées: Propriétés physico-chimiques

Résultats issus d’une projection ACP

%

(13)

Echantillonnage terrain

13

10 individus par population sur chaque

station sauf LON10 &

30

Méthodologie

(14)

Rhizosphère 3 X tubes 2mL

14

Coussin

Lyallia kerguelensis

Echantillon composite Extraction d’ADN

Pooling

30

Méthodologie

(15)

Rhizosphère 3 X tubes 2mL

Bulk soil (contrôle) 3 X tubes 2mL

15

Coussin

Lyallia kerguelensis

Echantillon composite Extraction d’ADN

Pooling Pooling

30

Méthodologie

1 par population

(16)

Extraction d’ADN génomique total

Amplification de gènes cibles (ARNr 16S d’archées, bactéries) et

(ITS de champignons)

Séquençage Illumina Miseq des amplicons Analyse de Séquences sur

FROGS Galaxy (Auer et al., 2018),Plateforme Genotoul

INRA Toulouse

Abondance relative

& richesse

16

Echantillon composite rhizosphère Echantillon composite bulk

500 mg 3 rep

Méthodologie

Bio moléculaire Bioinformatique

Echelle Individu Echelle population

(17)

Extraction d’ADN génomique total

Amplification de gènes cibles (ARNr 16S d’archées, bactéries) et

(ITS de champignons)

Séquençage Illumina Miseq des amplicons Analyse de Séquences sur

FROGS Galaxy (Auer et al., 2018),Plateforme Genotoul

INRA Toulouse

Abondance relative

& richesse

17

Echantillon composite rhizosphère Echantillon composite bulk

500 mg 3 rep

Méthodologie

Bio moléculaire Bioinformatique

Analyses élémentaires

Ratio C/N

% %

Reste échantillon composite rhizosphère et bulk

Chimie analytique

(18)

Q1: Biomasse microbienne dans les sols des différentes stations

18

Résultats

µg/g de sol sec

(19)

19

Résultats

Différence significative de quantités moyenne d’ADN entre stations

µg/g de sol sec

p-value = 3.679e-06 ‘***’

(20)

20

Résultats

Différence significative de quantités moyenne d’ADN entre stations

µg/g de sol sec

p-value = 3.679e-06 ‘***’

a

b b

bc

c

(21)

21

Résultats

p-value = 0.000 ; R²= 0.11 ;

F-statistic = 13,02 ; ddl = 103 sur 105

(22)

22

Résultats

p-value = 0.000 ; R²= 0.11 ;

F-statistic = 13,02 ; ddl = 103 sur 105

Carbone total : Très hautement Significatif Ratio C/N: Significatif

Les différences de quantités d’ADN entre stations sont expliquées par les teneurs en carbone total, azote total et leur ratio

(23)

23

Résultats

Q2: Composition des communautés bactériennes dans la rhizosphère de L.

kerguelensis

b: contrôle R: rhizosphère

LON10 PJDA6 MAC1

(24)

24

Résultats

kerguelensis

b: contrôle

LON10 PJDA6 MAC1

Actinobactéries Chloroflexi

Protéobactéries

(25)

25

Résultats

kerguelensis

b: contrôle

LON10 PJDA6 MAC1

Biomasse microbienne similaire, composition bactérienne au niveau phylum assez similaire

Actinobactéries Chloroflexi

Protéobactéries

(26)

26

Résultats

kerguelensis

LON10 PJDA6 MAC1

Protéobactéries Planctomycètes

(27)

27

Résultats

kerguelensis

LON10 PJDA6 MAC1

Chloroflexi

(28)

28

Résultats

kerguelensis

LON10 PJDA6 MAC1

Effet rhizosphère dans le même sens quelle que soit la population

(29)

29

Résultats

kerguelensis

LON10 PJDA6 MAC1

Actinobactéries

Survie en conditions difficiles (sols peu fertiles) par

production de spores

Formation de mycélium pour recherche d’eau et nutriment dans le sol vrac

(Zhang et al., 2016)

(30)

30

Résultats

kerguelensis

LON10 PJDA6 MAC1

Survie en conditions difficiles (sols peu fertiles) par

production de spores

Formation de mycélium pour recherche d’eau et nutriment dans le sol vrac

(Zhang et al., 2016)

Carotte glaciaire Cryoconite

Pergélisol

(Wu et al., 2012;

Edwards et al., 2013; Stibal et al., 2015)

Actinobactéries

(31)

31

Résultats

kerguelensis

LON10 PJDA6 MAC1

Moins abondants dans les sols antarctiques (Yergeau et al., 2007)

Rôles inconnus Interaction

antagoniste entre Chloroflexi et Protéo bactéries,

Chloroflexi et Planctomycètes

Compétition pour ressources et espace ?

Chloroflexi

(32)

32

Résultats

kerguelensis

LON10 PJDA6 MAC1

Faible abondance relative des Firmicutes et Bactéroidètes (2%)

Others

(33)

33

Résultats

Q2: Composition des communautés fongiques dans la rhizosphère de L.

kerguelensis

b: contrôle

LON10 PJDA6 MAC1

Phyla déjà observés dans les sols

d’environnement extrêmes:

Sols antarctiques, Alpes autrichiennes, Désert Koweitien (Ruisi et al., 2007;

Dresch et al., 2019;

Suleiman et al., 2019)

(34)

34

Résultats

kerguelensis

b: contrôle

LON10 PJDA6 MAC1

Phyla déjà observés dans les sols

d’environnement extrêmes:

Sols antarctiques, Alpes autrichiennes, Désert Koweitien (Ruisi et al., 2007;

Dresch et al., 2019;

Suleiman et al., 2019)

Forte proportion de Multi-affiliation et des phyla non identifiés : Endémisme ?

(35)

35

Résultats

kerguelensis

b: contrôle

LON10 PJDA6 MAC1

Différence de composition entre les stations

(36)

36

Résultats

kerguelensis

LON10 PJDA6 MAC1

Ascomycètes

(37)

37

Résultats

kerguelensis

LON10 PJDA6 MAC1

Mortierellomycètes

(38)

38

Résultats

kerguelensis

LON10 PJDA6 MAC1

Effet rhizosphère spécifique à la population

(39)

39

Résultats

kerguelensis

LON10 PJDA6 MAC1

Dominés par les Sordariomycètes:

classe comptant des phytopathogènes et saprophytes

Ascomycètes

(40)

40

Résultats

kerguelensis

LON10 PJDA6 MAC1

Séquences totales affiliées au genre Mortierella : Forte abondance relative dans les sols

suppresseurs de maladie causée par Fusarium

oxysporum f. sp.

Vanillae

(Xiong et al., 2017) Agent de lutte bio?

Mortierellomycètes

(41)

41

Résultats

kerguelensis

LON10 PJDA6 MAC1

Très faible

abondance relative des

Gloméromycètes (1%): Champignons mycorhiziens vivant en symbiose avec les racines

90% des végétaux vivent en

association avec ce phylum

Gloméromycètes

(42)

42

Résultats

Q3: Relation avec les nécroses de la plante (MAC1, PJDA6, RBA5)

Bactéries

p-value = 0,000 ; R² = 0,42

F-statistic = 20,62 ; ddl =28 sur 30

(43)

43

Résultats

Bactéries

p-value = 0,001 ; R² = 0,42

p-value = 0,010 ; R² = 0,21

(44)

44

Résultats

Bactéries

p-value = 0,000 ; R² = 0,42

p-value = 0,010 ; R² = 0,21

La relation entre nécrose et richesse bactérienne dépend des populations étudiées Pas de corrélation significative au sein de PJDA6

(45)

45

Résultats

Champignons

p-value = 0,000 ; R² = 0,33 F-statistic = 14,2 ; ddl =28 sur 30

(46)

46

Résultats

Champignons

p-value = 0,000 ; R² = 0,33 F-statistic = 14,2 ; ddl =28 sur 30

Pas de corrélation significative entre ces deux variables au sein des populations PJDA6 et RBA5

La relation entre nécrose et richesse fongique dépend des populations étudiées

(47)

47

Résultats

La richesse microbienne : Pas un bon indicateur des nécroses

Limites : Lien cause à effet

Trouver d’autres indicateurs mieux corrélés aux nécroses : Analyse de diversité

Nécessité d’approfondir les analyses, identifier les phyla bactériens et fongiques dont les abondances relatives augmentent ou diminuent en corrélation aux nécroses de L.

kerguelensis

(48)

48

Très peu de clusters d’Archées ont été identifiés: 12 sur 7811

Résultats

(49)

49

Résultats

H1: Les amorces (344F, 806R) utilisées seraient

spécifiques aux Archées du sol des milieux tempérés

Nouvelles espèces dans les sols Kerguelen ?

H2: Quasi absence des

Archées de cet écosystème

(50)

50

Résultats

H1: Les amorces (344F, 806R) utilisées seraient

spécifiques aux Archées du sol des milieux tempérés

Nouvelles espèces dans les sols Kerguelen ?

H2: Quasi absence des

Archées de cet écosystème

Refaire les analyses avec d’autres couples d’amorces

(51)

51

Q1: Différences de biomasse microbienne au sein des stations d’échantillonnage

Conclusions

Oui

Elles sont expliquées par les teneurs en carbone et azote total et le ratio C/N

(52)

52

Q1: Différences de biomasse microbienne au sein des stations d’échantillonnage

Conclusions

Oui

Elles sont expliquées par les teneurs en carbone et azote total et le ratio C/N Q2: Composition des communautés microbiennes de la rhizosphère

Bactéries : Composition des stations assez similaires

Effet rhizosphère identique dans toutes les populations

Faible abondance relative des Firmicutes et des Bactéroïdes, Chloroflexi en forte abondance relative

Champignons: Composition différente en fonction de la station Effet rhizosphère spécifiques à la population

Quasi absence des Zygomycètes, faible abondance relative des

Basidiomycètes et forte abondance relative des Mortierellomycètes, phyla non identifiés

(53)

53

Q3: Liens entre communautés microbiennes et les nécroses ?

Conclusions

Oui

Mais dépendante des populations étudiées et du domaine microbien

(54)

54

Merci pour votre attention

(55)

55

Annexe

Endémique stricte des îles Kerguelen : Ranunculus moseleyi

D'autres espèces endémiques de Kerguelen et quelques îles autour : Le chou de Kerguelen: Pringlea antiscorbutica,

Petite Caryophyllaceae : Colobanthus kerguelensis Petite Poaceae : Poa kerguelensis

Grande Poaceae : Poa cookii

(56)

56

Annexe

Endémique stricte des îles Kerguelen : Ranunculus moseleyi

D'autres espèces endémiques de Kerguelen et quelques îles autour : Le chou de Kerguelen: Pringlea antiscorbutica,

Petite Caryophyllaceae : Colobanthus kerguelensis Petite Poaceae : Poa kerguelensis

Grande Poaceae : Poa cookii

(57)

57

Annexe

Stratégie d’adaptation des plantes dans ces environnements

Tolérance: la plante développe des mécanismes afin de réduire au maximum les

déformations induites par les contraintes ou encore d’atteindre un état d’équilibre avec son milieu, attente des conditions favorables

Ex: Bryophytes

Evitement: des mécanismes visant à éviter d’atteindre cet équilibre en se ramenant à un état conservatif, modification du métabolisme, optimisation des captation d’eau et sa rétention, survie et achèvement du cycle

(58)

58

Annexe

zones subarctiques: Diapensa laponica, Silene acaulis subantarctiques: Azorella selago

Patagonie: Mulinum spinosum

Alpes françaises du Sud: Androsace alpina Himalaya: Androsace tapete

Les Andes et en Terre de Feu: Laretia acaulis, Azorella monantha, A. bolacina Les régions arides d’Afrique: Agrostis sclerophylla, Sagina afroalpina

Environnements marins côtiers: Limonium delicatulum

Plante en coussin

Et distribution géographique

(59)

59

Annexe

Morphologie générale d’une plante en coussin Plante en coussin

(60)

60

Annexe

Plante en coussin

Analyse des séquences

(61)

61

Annexe

Plante en coussin

Analyse des séquences

(62)

62

Annexe

Plante en coussin

Analyse des séquences: Suppression des chimères

(63)

63

Annexe

Plante en coussin

Analyse des séquences: Affiliation taxonomique