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De par leur grande diversité métabolique, les microorganismes (bactéries et archées) constituent un maillon fondamental dans le transfert de la matière organique (MO) aquatique au sein des réseaux trophiques planctoniques et conditionnent en partie son transfert vers le compartiment benthique. En effet, les activités des microorganismes hétérotrophes, soutenues et potentiellement coordonnées par l’existence de mécanismes de communication cellulaire (ou quorum-sensing, e.g. Hmelo et al. 2011, Jatt et al. 2015), permettent la minéralisation de la MO et ainsi régulent ses flux. Ces activités vont varier selon le mode de vie des microorganismes, libres dans la colonne d’eau ou attachés principalement aux fractions particulaires de la MO (agrégats). Les agrégats sont constitués de substances exopolymériques, excrétées par les organismes phytoplanctoniques et/ou macrophytes ou issues de ces organismes sénescents, et par les microorganismes qui vont les coloniser et les dégrader. Ainsi, la diversité des molécules organiques, dissoutes et particulaires, de tailles et de structures différentes, telles que des lipides, polysaccharides et protéines, disponibles dans l’écosystème est directement liée à la diversité, métabolique, fonctionnelle et génétique, des microorganismes, responsables de la majorité des fonction enzymatiques impliquées dans les flux de MO. Les microorganismes utiliseraient par exemple en premier lieu les acides gras labiles, augmentant la proportion d’acides gras moins facilement dégradables (Balzano et al., 2011).

Parallèlement, le pool de MO varie en quantité et en qualité en fonction également  de la diversité des producteurs primaires du milieu. Au sein des écosystèmes lacustres, la MO autochtone issue de l’activité phytoplanctonique, peut ne représenter que <15% des apports de MO totale, mais soutient une part importante (jusqu’à 65%) des activités microbiennes (Kritzberg et al. 2004). Parmi les producteurs primaires, les cyanobactéries contribuent significativement à la formation de ce pool de MO (Paerl 1996, Field 1998). En effet, elles sont favorisées par les conditions eutrophes que subissent ces écosystèmes lacustres et sont responsables d’épisodes d’efflorescence massive perturbant le fonctionnement complet de l’écosystème : disparition des autres espèces phytoplanctoniques, augmentation forte des teneurs en C et N de la colonne d’eau et stimulation des activités microbiennes, engendrant une disparition des échelons trophiques supérieurs (Paerl & Huisman 2008).

Si les microorganismes conditionnent en partie le devenir de la MO, la structuration des communautés microbiennes est, en retour, directement liée à la quantité et la nature de cette MO. De plus, des apports divers de MO maintiennent la structuration des communautés et leur diversité (Kritzberg et al. 2006, Landa et al. 2013). Ainsi, structure de la MO et structure des communautés microbiennes fonctionnent en potentielle synergie. Cependant, les liens existant entre les caractéristiques biochimiques de cette MO et l’activité, la diversité et la diversité fonctionnelle des microorganismes associés et qui l’exploitent restent encore peu explorés.

L’objectif général de ce projet est de mieux comprendre la synergie entre la matière organique (MO) et les communautés microbiennes. Cette synergie est modulée par l’origine, la composition et la complexité de la MO. Ainsi, ce projet ciblera (1) la nature et l’origine de la MO particulaire, potentiellement colonisée, et celles de la MO dissoute disponible, parallèlement à (2) la structuration des communautés microbiennes (bactéries, archées), leurs fonctions et leur diversité fonctionnelle, selon des apports de MO de composition et de complexités différentes. L’objectif étant d’avoir une vision intégrée de l’écologie chimique de la MO et l’écologie microbienne dans un contexte de bloom de cyanobactéries.

Parmi les résultats attendus, nous évaluerons quelle est la contribution des communautés microbiennes dans la dégradation de la MO cyanobactérienne, et si cette contribution est différente (i) selon leur mode de vie (libres et attachées), et (ii) selon la ou les espèce(s) cyanobactérienne(s) majoritaire(s). Nous déterminerons la dynamique des microorganismes (en termes de diversité, fonctions et diversité fonctionnelle) en fonction de la nature et de la complexité de la MO. Le suivi des pools de MO dissoute et particulaire nous permettront de suivre l’évolution de leurs quantités et qualités chimiques au cours de leur minéralisation. Enfin, nous chercherons à mettre en évidence s’il y a des modifications de la communication entre les différentes cellules via des molécules impliquées dans le quorum-sensing (diversité et concentration des molécules différentes) selon les apports de MO autochtone et le mode de vie des procaryotes.

Financement : CNRS - Initiative Structurante EC2CO, actions thématiques BioHefect et Microbien (2018-2020) & projet fédérateur ATM du Département Aviv (2017-2018)

Porteur du projet : Dominique Lamy, UMR 7208 BOREA ; co-porteur du projet : Julie Leloup, UMR 7618 iEES Paris