La communauté procaryotique dans les zones anoxiques de deux écosystèmes lacustres : structure et diversité. Etude plus particulière de son rôle fonctionnel dans le monimolimnion - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2006

The prokaryotic community in the anoxic layers of two freshwater systems : structure and diversity. Investigation of its functional role in the monomolimnion of a meromictic lake (lake Pavin)

La communauté procaryotique dans les zones anoxiques de deux écosystèmes lacustres : structure et diversité. Etude plus particulière de son rôle fonctionnel dans le monimolimnion

Résumé

The studies presented in this manuscript address the diversity and ecology of prokaryotic communities in anoxic zones of two pelagic lake ecosystems: the Lake Aydat typically eutrophic, which presents a period of thermal stratification anoxic hypolimnion, and Lake Pavin, unique meromictic lake in France, showing an area permanently anoxic. The analyzes of the structure, diversity, and spatial dynamics-and / or temporal bacterioplankton anoxic strata of these two lakes by molecular approaches have revealed high microbial diversity enhanced by spatial stratification of bacterioplankton. Further investigations on phylogenetic relationships and the study of microbial metabolism have focused on communities in the anoxic zone of Lake Pavin because of its original character. The clone libraries constructed from samples anoxic water taken at different strata in the monimolimnion revealed that bacterial communities are dominated by species affiliated to δ-Proteobacteria, to Verrucomicrobia, Bacteroidetes and the candidate division OP11. The sequences of 16S rRNA Archaea are mainly affiliated to the group of Methanosarcinales, an observation confirmed by in situ hybridization. In vitro studies of dissimilatory reduction of Fe (III), in cultures of enrichment, confirmed that high concentrations of ferrous iron observed in the sub-chemocline of Lake Pavin resulted partly from the activity of microorganisms. In these enrichments, microorganisms couple the reduction of Fe (III) with the preferential oxidation of fumarate, H2, CH4, and lactate. No accumulation of Fe (II) was observed in the enrichments supplemented with acetate as the electron donor. This observation suggests that this metabolite could be mainly used in the process of methanogenesis, and could be produced in part by the activity of gram-positive bacteria homoacétogènes. The heterogeneity of TTGE profiles made from the different conditions of enhancements WCR suggests that they may occupy very different ecological niches in the monimolimnion of Lac Pavin. No sequence was affiliated with the WCR * Required identified in other ecosystems. The affiliation of sequences in species of the genus Suggests that some SRB Desulfovibrio † use this electron acceptor. Activities Significant reduction of Fe (III) were also identified in strains fermentative isolated from the anoxic zone of the lake. The more specific study of the strain BS2 has revealed that this pathway could confer an advantage and therefore environmentally friendly energy. All the work that lies in the field of microbial ecology and environment opens a wide field of investigation as applied to the cognitive level. The provide opportunities to refine the understanding of the role of anaerobic microorganisms lake systems in biogeochemical cycles and more generally in understanding the role of microbial biodiversity in order to respond in a reasoned way to a societal demand strong in these areas.
Les études présentées dans ce manuscrit traitent de la diversité et de l'écologie des communautés procaryotiques des zones anoxiques pélagiques de deux écosystèmes lacustres : le lac d'Aydat, typiquement eutrophe, qui présente en période de stratification thermique un hypolimnion anoxique ; et le lac Pavin, unique lac méromictique de France, exhibant une zone anoxique permanente. Les analyses de la structure, de la diversité, et de la dynamique spatiale et- /ou temporelle du bacterioplancton des strates anoxiques de ces deux lacs par des approches moléculaires ont révélé une forte diversité microbienne accentuée par une stratification spatiale du bacterioplancton. Les investigations complémentaires sur les relations phylogénétiques et sur l'étude de métabolismes microbiens ont été focalisées sur les communautés de la zone anoxique du Lac Pavin en raison de son caractère original. Les banques de clones construites à partir d'échantillons d'eau anoxique prélevés à différentes strates dans le monimolimnion ont révélé que les communautés bactériennes sont dominées par des espèces affiliées aux δ-Proteobacteria, aux Verrucomicrobia, aux Bacteroidetes et à la division candidate OP11. Les séquences ARNr16S des Archaea sont principalement affiliées au groupe des Méthanosarcinales, observation confirmée par hybridation in situ. Les études in vitro de la réduction dissimilatrice du Fe (III), dans des cultures d'enrichissements, ont confirmé que les concentrations élevées en fer ferreux observées dans la sub-chémocline du Lac Pavin résultaient pour partie de l'activité de microorganismes. Dans ces enrichissements, les microorganismes couplent la réduction du Fe (III) avec l'oxydation préférentielle du fumarate, de l'H2, du CH4 et du lactate. Aucune accumulation de Fe (II) n'a été notée dans les enrichissements supplémentés en acétate comme donneur d'électrons. Cette observation suggère que ce métabolite pourrait être principalement utilisé dans le processus de méthanogénèse, et pourrait être produit pour partie par l'activité de bactéries Gram-positives homoacétogènes. L'hétérogénéité des profils TTGE réalisés à partir des différentes conditions d'enrichissements de BFR suggère que ces dernières peuvent occuper des niches écologiques très diverses dans le monimolimnion du Lac Pavin. Aucune séquence n'a été affiliée à des BFR* obligatoires identifiées dans d'autres écosystèmes. L'affiliation de séquences à des espèces appartenant au genre Desulfovibrio suggère que certaines BSR† utilisent cet accepteur d'électron. Des activités significatives de réduction du Fe (III) ont également été mises en évidence chez des souches fermentatives isolées de la zone anoxique de ce lac. L'étude plus particulière de la souche BS2 a révélé que cette voie métabolique pouvait lui conférer un avantage énergétique et donc écologique. L'ensemble du travail qui se situe dans les domaine de l'écologie microbienne et de l'environnement ouvre un large champ d'investigations tant au niveau cognitif qu'appliqué. Les perspectives prévoient d'affiner la compréhension du rôle des microorganismes anaérobies des systèmes lacustres dans les cycles biogéochimiques et plus généralement dans la compréhension du rôle de la biodiversité microbienne afin de répondre de façon raisonnée à une demande sociétale forte dans ces domaines.
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Dates et versions

tel-00703327 , version 1 (01-06-2012)

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  • HAL Id : tel-00703327 , version 1

Citer

Anne-Catherine Lehours. La communauté procaryotique dans les zones anoxiques de deux écosystèmes lacustres : structure et diversité. Etude plus particulière de son rôle fonctionnel dans le monimolimnion. Microbiologie et Parasitologie. Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2006. Français. ⟨NNT : 2006CLF21685⟩. ⟨tel-00703327⟩
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