ISM M2

Gradient d'eutrophisation et dynamique saisonnière

quel facteur structure le plus les communautés microbiennes eucaryotes dans les lacs péri-urbain d'Île-De-France ?

Amaury Le VernPr Sébastien Duperron, McU Julie Leloup, Pierre Foucault

UMR 7245

Stage / Encadrement

MNHNMuséum National d'Histoire Naturelle MCAM Molécules de Communication et Adaptation des Miroorganismes CCE Cyanobactéries Cyanotoxines et Environnement

Pr Sébastien Duperron McU Julie Leloup Doctorant Pierre Foucault

COM2LIFEComunautés Microbiennes des Lacs d'Île-De-FrancE

Les lacs

Définition

3 paramètres

• Surface supérieure à 5 ha
• ou une profondeur supérieure à 5 m
• Moins de 30% de recouvrement en végétation
• Profondeur variable

Richardson et. al, 2022

Les lacs

Sentinelles de l'environnement

Jane et. al, 2021

Lac Michigan 12 janvier 1974

Les lacs

Rôle écologique

• Cycle du Carbone -> CO2, CH4
• Ruissellement depuis le bassin versant
• Sédimentation
• Hotspot de biodiversité
• Source d'eau potable

Basé sur Williamson et. al, 2009

Le concept 'ONE HEALTH'

Interdépendance entre la santé des humains, des animaux et de la planète. Approche de la santé unifiée

En milieu urbain et péri-urbain, les lacs sont exposés aux pressions exercées par l'humain..

Eutrophisation

Phénomène naturel de pollution d'un milieu par apport en éléments nutritifs

Basé sur Foucault, 2023

Accéléré par l'anthropisation, la modification du milieu naturel par l'humain, beaucoup en zone urbaine et péri-urbaine

Eutrophisation

Conséquences

• Efflorescences / Blooms

Potentiellement toxiques

Eutrophisation

Dystrophie (anoxie)

Paradoxalement, un apport en nutriments à des phototrophes producteurs d'O2 peut mener à une anoxie du milieu.

Question scientifique

Est-ce-que l'eutrophisation impacte plus que la saisonnalité la composition des communautés microbiennes eucaryotes dans les lacs péri-urbains d'Île-De-France ?

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Pourquoi cette question ?

• Microeucaryotes moins étudiés que les procaryotes
• Pas de séries temporelles et spatiales

• Peu d'études comparent plusieurs niveaux trophiques

Debroas et. al, 201725 lacs canadiens -> Principaux groupes = Straménopiles, Cryptomonas et Fungi -> Nombre d'OTU partagées entre les lacs en exponentielle décroissance à mesure que le nombre de lacs étudiés augmente -> Les taxons les plus abondants sont pour la majorité aussi ceux retrouvés dans le plus de lacs

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Approche

Les lacs en Île-De-France

• Zone péri-urbaine
• Différents niveaux d'eutrophisation

50% - Terres agricoles23% - Forêts27% - Zones urbanisées

• Lacs comparables
• météorologie
• dimensions
• contexte géochimique

Catherine et. al, 2009

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Localisation des 980 lacs d'Île-De-France

Approche

Spatial

Eutrophisation

Temporel

(9 lacs dans un rayon de 70km)

(18 mois)

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Approche

Colonne d'eau

Facteurs env.

Région V4 du gène codant l'ARNr 18S (gène marqueur eucaryote) Amorces UnonMet Séquençage Illumina 2*300bp

Analyse métabarcoding 16S déjà effectuée par Pierre Foucault dans le cadre de sa thèse

Sédiments

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Stage / Encadrement

1 - Subset . test de paramètres

(2 lacs sur 2 mois)

raw_data -> demultiplexing -> quality_filtering -> denoising (dada2) -> taxonomy_classification -> ASV_Table

SILVA vs PR2

Approche Bioinformatique

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Résultats préliminaires

Abondances relatives

16

AutotrophesAutotrophes-Hétérotrophes (mixotrophes)

17

Prédateurs phagotrophes

18

Parasites

(invertébrés, amphibiens, poissons et reptiles)

19

Diversité dans les modes de vie

20

Résultat préliminaire

Stage / Encadrement

Un premier aperçu des variations saisonnières

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Plannification du stage

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Ressources bibliographiques

- Frolova L, Sverdrup AE. 2019. 18S rRNA Identification of Hydrobionts of Nizhniy Kaban Lake & Diversity Study through Next Generation Sequencing Method. helix 9:5556–5562. - Uyaguari-Diaz MI, Chan M, Chaban BL, Croxen MA, Finke JF, Hill JE, Peabody MA, Van Rossum T, Suttle CA, Brinkman FSL, Isaac-Renton J, Prystajecky NA, Tang P. 2016. A comprehensive method for amplicon-based and metagenomic characterization of viruses, bacteria, and eukaryotes in freshwater samples. Microbiome 4:20. - Prager M, Lundin D, Ronquist F, Andersson AF. 2023. ASV portal: an interface to DNA-based biodiversity data in the Living Atlas. BMC Bioinformatics 24:6. - Simon M, Jardillier L, Deschamps P, Moreira D, Restoux G, Bertolino P, López‐García P. 2015. Complex communities of small protists and unexpected occurrence of typical marine lineages in shallow freshwater systems. Environmental Microbiology 17:3610–3627. - Huisman J, Codd GA, Paerl HW, Ibelings BW, Verspagen JMH, Visser PM. 2018. Cyanobacterial blooms. Nat Rev Microbiol 16:471–483. - Mcnichol J. 2018. Default Fuhrman Lab Pipeline for Exact Amplicon Sequence Variant (eASV) Calling from SSU rRNA Amplicons Derived From 515Y/926R Primers v1. preprint. - Pearman JK, Adamson J, Thomson-Laing G, Thompson L, Waters S, Vandergoes MJ, Howarth JD, Wood SA. 2023. Deterministic processes drive national-scale patterns in lake surface sediment bacteria and eukaryotic assemblage composition. Limnology and Oceanography 68:40–55. - Reid AJ, Carlson AK, Creed IF, Eliason EJ, Gell PA, Johnson PTJ, Kidd KA, MacCormack TJ, Olden JD, Ormerod SJ, Smol JP, Taylor WW, Tockner K, Vermaire JC, Dudgeon D, Cooke SJ. 2019. Emerging threats and persistent conservation challenges for freshwater biodiversity. Biological Reviews 94:849–873. - Edgar RC, Flyvbjerg H. 2015. Error filtering, pair assembly and error correction for next-generation sequencing reads. Bioinformatics 31:3476–3482. - Mitroi V, Deroubaix J-F, Vinçon-Leite B, Catherine A, Maleval V, Humbert J-F. 2016. Évaluation de la qualité des plans d’eau urbains et périurbains : apport des approches transdisciplinaires et régionalisées. Natures Sciences Sociétés 24:203–216. - Dudgeon D, Arthington AH, Gessner MO, Kawabata Z, Knowler DJ, Lévêque C, Naiman RJ, Prieur‐Richard A, Soto D, Stiassny MLJ, Sullivan CA. 2006. Freshwater biodiversity: importance, threats, status and conservation challenges. Biological Reviews 81:163–182. - Lepère C, Domaizon I, Taïb N, Mangot J-F, Bronner G, Boucher D, Debroas D. 2013. Geographic distance and ecosystem size determine the distribution of smallest protists in lacustrine ecosystems. FEMS Microbiology Ecology 85:85–94. - Li Z, Sun L, Liu S, Lei P, Wang R, Li S, Gu Y. 2023. Interkingdom network analyses reveal microalgae and protostomes as keystone taxa involved in nutrient cycling in large freshwater lake sediment. FEMS Microbiol Ecol 99:fiad111. - Simon M, López-García P, Deschamps P, Moreira D, Restoux G, Bertolino P, Jardillier L. 2015. Marked seasonality and high spatial variability of protist communities in shallow freshwater systems. ISME J 9:1941–1953. - Debroas D, Domaizon I, Humbert J-F, Jardillier L, Lepère C, Oudart A, Taïb N. 2017. Overview of freshwater microbial eukaryotes diversity: a first analysis of publicly available metabarcoding data. FEMS Microbiology Ecology 93:fix023. - Bock C, Olefeld JL, Vogt JC, Albach DC, Boenigk J. 2022. Phylogenetic and functional diversity of Chrysophyceae in inland waters. Org Divers Evol 22:327–341. - Garner RE, Kraemer SA, Onana VE, Huot Y, Gregory-Eaves I, Walsh DA. 2022. Protist diversity and metabolic strategy in freshwater lakes are shaped by trophic state and watershed land use at a continental scale. preprint. Ecology. - David GM, López‐García P, Moreira D, Alric B, Deschamps P, Bertolino P, Restoux G, Rochelle‐Newall E, Thébault E, Simon M, Jardillier L. 2021. Small freshwater ecosystems with dissimilar microbial communities exhibit similar temporal patterns. Molecular Ecology 30:2162–2177. - Banerji A, Bagley M, Elk M, Pilgrim E, Marinson J, Santo Domingo J. 2018. Spatial and temporal dynamics of a freshwater eukaryotic plankton community revealed via 18S rRNA gene metabarcoding. Hydrobiologia 818:71–86. - Konstantina Mitsi, D. W. Richter, Alicia S. Arroyo, Lior David, Meritxell Antó, Antonio Guillén Oterino, Iñaki Ruiz‐Trillo. 2023. Taxonomic composition, community structure and molecular novelty of microeukaryotes in a temperate oligomesotrophic lake as revealed by metabarcoding 13. - Bukin YS, Mikhailov IS, Petrova DP, Galachyants YP, Zakharova YR, Likhoshway YV. 2023. The effect of metabarcoding 18S rRNA region choice on diversity of microeukaryotes including phytoplankton. World J Microbiol Biotechnol 39:229.

• Rouge n = 87
• Bleu n = 332
• Noir = moyenne
• Gris = intervalle de confiance 95%

Pertes d'O2 dissout dans les lacs depuis 1980, 3 à 9 fois plus que dans les océans

Corrélation entre cette baisse du taux d'O2 dissout et l'augmentation de la température

(S. F Jane et. al 2021)

Richardson et. al, 2022

Mixotrophie / Phototrophie / Parasitisme / Phagotrophie