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Submitted on 2 Jun 2020
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Inventaire et cartographie des communautés microbiennes des sols de la zone OPE ANDRA
Samuel Dequiedt, Nicolas Chemidlin Prévost-Bouré, Lionel Ranjard
To cite this version:
Samuel Dequiedt, Nicolas Chemidlin Prévost-Bouré, Lionel Ranjard. Inventaire et cartographie des communautés microbiennes des sols de la zone OPE ANDRA. Journée scientifique de l’Observatoire pérenne de l’environnement (OPE), Observatoire Pérenne de l’Environnement (OPE). FRA., Nov 2016, Paris, France. �hal-02740777�
Inventaire et cartographie des communautés microbiennes des sols de la zone OPE ANDRA
- Samuel Dequiedt, Nicolas Chemidlin Prevost-Bourré, Lionel Ranjard - INRA de Dijon – UMR Agroécologie
La diversité microbienne dans les sols Le sol
= le réservoir de diversité microbienne de notre planète
= un patrimoine naturel
Les microorganismes du sol sont abondants et avec une forte diversité !!
Bactéries
Champignons
1 g sol
1 million à 1 milliard d’individus Mille à 1 million d’espèces
Mille à 1 million d’individus Mille à 100 milles espèces
1 hectare 2 500 kg C
3 500 kg C 5 – 6 UGB
La diversité microbienne dans les sols
Capacités d’adaptation énormes
Temps de génération court
Réponse rapide aux modifications environnementales
Petite taille Plasticité du génome
Implications dans de nombreuses fonctions
= les ingénieurs chimiques du sol
Lutte contre pathogènes Minéralisation matière organique,
recyclage carbone, nutriments
Structuration du sol Dépollution du sol
Matière organique
(humus)
C-H-O-N-S
microorganismes NH4+
NO3-
BioIndicateurs per>nents d’évalua>on de la qualité biologique des sols et de l’impact des pra>ques
L’écologie moléculaire microbienne
Sol
Substrat
Metaproteome
Produit
Metabolome
Activité Protéine
ARN
Metatranscriptome
2 3 4
Fonctionnalité Abondance
Diversité génétique, taxonomique et fonctionnelle
Metagenome
ADN
1
Services
ObjecHfs du projet dans le cadre de l’OPE-ANDRA
D’un point de vue technique :
- Établir une base de données de l’abondance et structure généHque microbienne des sols de l’OPE
D’un point de vue opéra>onnel :
- Etablir une banque de conservaHon à long terme d’échanHllons de sol de référence - Elaborer des cartes de distribuHon de l’abondance et diversité
- QuanHfier l’impact des acHvités anthropiques
D’un point de vue fondamental :
- Évaluer l’abondance et la structure généHque des communautés microbiennes - Définir la distribuHon spaHale des communautés microbiennes
- Hiérarchiser les filtres environnementaux
Stratégie d’échanHllonnage
- Grille systéma>que selon une maille carrée de 1,5 km de côté (117 points – campagnes 2009 à 2012)
- Sites supplémentaires (13 – campagne 2013) - Sites aléatoires (16 – campagne 2013)
Réseau de surveillance des sols de l’OPE
= 146 sites mis en place par l’Unité InfoSol – INRA d’Orléans
25 prélèvements -> échanHllon composite
Conservatoire des Ressources Géné>ques Microbiennes
CaractérisHques physico-chimiques des sols de l’OPE
Variabilité importante des types de sol
Sols principalement à textures fines riches en maHères organiques
Stratégie technique
Sol
Métagénome microbien
qPCR 16S/18S ADNr
Biomasse Moléculaire
Microbienne Densité bactéries
Densité champignons Rapport Champ./Bactéries Quan>té ADN sol
Structure Géné>que des communautés
microbiennes Génotypage - ARISA
Abondance microbienne
Résultats : Biomasse Moléculaire Microbienne
0"
5"
10"
15"
20"
25"
0"&"20" 20"&"40" 40"&"60" 60"&"80" 80"&"100" 100"&"120" 120"&"140" 140"&"160" 160"&"180" 180"&"200" 200"&"220" 220"&"240" 240"&"260" 260"&"280" 280"&"300" 300"&"320" 320"&"340"
Effec%f'
Biomasse'Moléculaire'Microbienne'
(rendement"d'extrac6on"d'ADN"&"µg"d'aDN/g"de"sol)'
éch."grille"(2009"&"2012)" éch."supplémentaires"(2013)" éch."aléatoires"(2013)"
AmélioraHon de la représentaHvité avec les échanHllons de la campagne 2013
Résultats : Biomasse Moléculaire Microbienne
0"
5"
10"
15"
20"
25"
30"
0"
100"
200"
300"
400"
500"
600"
0")"20" 20")"40" 40")"60" 60")"80" 80")"100" 100")"120" 120")"140" 140")"160" 160")"180" 180")"200" 200")"220" 220")"240" 240")"260" 260")"280" 280")"300" 300")"320" 320")"340" Nombre'de'sols'OPE'ANDRA'
Nombre'de'sols'RMQS'
Biomasse'Moléculaires'Microbienne'(µg'd'ADN/g'de'sol)' sols"RMQS" sols"OPE"ANDRA"
Biomasse(Moléculaire(Microbienne(
ANDRA$OPE$
Dans la gamme de variaHon naHonale Valeurs plus hautes en moyenne
Résultats : Biomasse Moléculaire Microbienne
RéparHHon spaHale structurée (peu robuste staHsHquement)
Biomasse(Moléculaire(Microbienne(
ANDRA$OPE$
Résultats : Biomasse Moléculaire Microbienne
Influence de la texture du sol, du pH et du taux de maHère organique
a"
a,b"
b"
b"
Biomasse microbienne:
Prairies > Forêt > Culture (idem naHonal (cf RMQS))
3 sites
76 sites
45 sites 22 sites
Prairies Forêt
Cultures
Résultats : Densités de Bactéries et Champignons
0"
5"
10"
15"
20"
25"
30"
0,25" 1,25" 2,25" 3,25" 4,25" 5,25" 6,25" 7,25" 8,25" 9,25" 10,25" 11,25" 12,25" 13,25" 14,25" 15,25" 16,25" 17,25" 18,25"
Ra#on&densité&Champignons&/&densité&
Bactéries&(%)&
0"
5"
10"
15"
20"
25"
30"
35"
40"
7,1" 7,5" 7,9" 8,3" 8,7" 9,1" 9,5" 9,9" 10,3" 10,7" 11,1"
Nombre&de&site&de&l'OPE&ANDRA&
Densités&(log10&de&copies&d'ADNr/g&de&sol)&
Bactéries" Champignons"
Ech."Grille"(2009B2012)"
Ech."Aléatoires"(2013)"
Ech."Supplémentaires"(2013)"
RaHo"
RaHo équilibré (1 – 5%) dans la majorité des sites
Densités de bactéries et de champignons dans la gamme de ce qui est observé à
l’échelle naHonale
Résultats : Densités de Bactéries et Champignons
Bactéries Champignons Ra>o
DistribuHon spaHale propre des bactéries et champignons (peu robuste staHsHquement)
Résultats : Densités de Bactéries et Champignons
a"
a,b"
b"
a"
Non"significa-f"
Non"significa-f"
Prairies Forêt
Cultures
Bactéries : argiles, pH et C/N Champignons : sables
RaHo : C/N
Bactéries : Prairies > Cultures > Forêt Champignons : non significaHf
RaHo : Forêt > Cultures = Prairies (non significaHf) -> typicité des forêts de l’OPE
Bactéries
Champignons
Ra>o
Résultats : Structure GénéHques des Communautés
(Infosol Orléans) Sol ADN
200 pb 1659 pb
1120 pb
698 pb
Génotypage (B/F-ARISA)
= composi>on de la communauté Technique :
Bactéries Champignons
Bonne complémentarité des campagnes de prélèvement Bactéries : dans la gamme naHonale, bonne variabilité
Résultats : Structure GénéHques des Communautés
Ajributs écologiques propres des bactéries et champignons
Patchs de 3 à 6km (280km à l’échelle de la France) -> existence de facteurs proximaux qui structurent les communautés
Bactéries Champignons
Résultats : Structure GénéHques des Communautés
Bactéries structurées par pH, textures
fines, C/N Champignons structurés par C/N, pH, maHères organiques
Bactéries Champignons
Résultats : Structure GénéHques des Communautés
Bactéries Champignons
Gradient Forêts – Prairies - Cultures Cultures ≠ Prairies ≠ Forêts
Conclusions et PerspecHves
Cons>tu>on de la banque de sols
- Point de référence pour iniHer le suivi dynamique des indicateurs microbiens - Complémentarité des échan>llons (grille, aléatoires, supplémentaires)
-> bonne représentaHvité du disposiHf
- Conserva>on des ressources géné>ques à long terme permejant de suivre l’évoluHon des quesHonnements et les avancées technologiques
Génotypage
= structure généHque
« Hier » Aujourd’hui
Métagénome microbien
Séquençage haut débit
Inventaires taxonomiques et fonc>onnels
Indices de diversité
Acidobacteria, 42%
Ac0nobacteria, 3%
Bacteroidetes, 2%
Chloroflexi, 0%
Firmicutes, 11%
Gemma0monadete s, 6%
Nitrospira, 2%
Planctomycetes, 7%
α- proteobacteria,
9%
β-proteobacteria, 5%
δ-proteobacteria, 2%
γ-proteobacteria, 2% Verrucomicrobia,
8%
phylums minoritaires, 2%
Etat écologique
Poten>alités fonc>onnelles
Conclusions et PerspecHves
Intérêt d’un tel réseau de surveillance à ce[e échelle « régionale »
- Complémentarité avec le réseau na>onal (RMQS)
- Structures spa>ales et filtres environnementaux propres
µ-habitat Parcelle
(ORE, PIC, ADEME,…) Paysage
(Zone Atelier Fenay, OPE ANDRA, IGCS Massif Central, …)
Territoire naHonal
(RMQS)
ConHnent
(LTO Ecofinders)
- Intégra>on dans des probléma>ques de changement d’échelle
- Aborder des no>ons de fonc>onnement (turnover MO – cycle C)
Conclusions et PerspecHves
Ini>er le diagnos>c de la qualité des sols et évaluer les pra>ques
Selon chaque pédo-climat
Niveau'Bas'' Niveau'Moyen'' Niveau'Haut''
Modèle prédicHf :
Valeur de référence pour un type pédoclimaHque
-> Diagnos>c de l’état biologique :
Assurance écologique, durabilité écosystème, évaluaHon des praHques
Fiche de diagnosHc de l’état microbiologique
(CASDAR AgrInnov)
Elabora>on des Référen>els : Modèles prédic>fs de l’abondance et de la diversité
Biomasse moléculaire microbienne
Nombre'de'taxons'
Inventaires de diversité
Nécessité d’un référenHel adapté au contexte local en vue du suivi et de l’étude d’impact
(ex : iniHaHve Chambre d’Agriculture de Saône-et-Loire)
Obtenir les données de diversité taxonomique bactéries et champignons dans les sols de l’OPE Elaborer les modèles prédicHfs spécifiques de l’OPE
