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Biologie
/ 17-12-2015
Ballaud Flore
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Les tourbières couvrent 3 % des surfaces continentales et jouent un rôle important dans le cycle du carbone en stockant le tiers du carbone des sols. L'accumulation de tourbe est liée au déséquilibre production primaire/décomposition du à une activité microbienne limitée par les conditions environnementales. L'infection et la lyse virale ont un impact sur la diversité et l'activité des communautés microbiennes, et influent sur le cycle du carbone. Cependant, le fonctionnement de ce compartiment viral n'avait jamais été pris en compte dans les études de fonctionnement des tourbières. Le but de ce travail de thèse était d'analyser et comprendre la dynamique spatiale et temporelle de l'abondance et de la diversité virale des tourbières à Sphagnum. L'analyse de l'abondance virale et procaryote et de 12 metaviromes en lien avec la physico-chimie d'une tourbière tempérée en France montre une forte variation saisonnière des communautés virales. Cette variation semble très liée aux conditions environnementales générées par la fluctuation de la nappe d'eau. Dans cette même tourbière, l'analyse de la diversité taxonomique et fonctionnelle des communautés de microorganismes présents (métagénomes) et métaboliquement actifs (métatranscriptomes) indique que la structure taxonomique est différente entre les des deux principaux stades, le fen et le bog, mais que ces communautés présentent une diversité fonctionnelle similaire, dont l'expression est liée aux changements des conditions environnementales avec la profondeur. L'abondance des particules virales étudiées dans 5 tourbières à Sphagnum réparties en Finlande, au Canada, en France, et sur l'île subantarctique d'Amsterdam varie fortement avec les sites. L'analyse de la diversité virale de la matrice et de l'eau de tourbe du Canada et de Finlande montre que la diversité virale est structurée par le site, puis le stade dynamique, puis la profondeur, avec un rôle important de la saturation en eau au niveau du site. Ces résultats valident le fonctionnement proposé du compartiment viral et de la communauté d'hôtes procaryotes. Ces connaissances ont été utilisées pour analyser le fonctionnement du compartiment microbien de tourbières à Sphagnum soumises à des perturbations d'origine anthropique. Les 31 métaviromes produits pour cette thèse constituent l'une des plus grandes bases de données sur la diversité virale des écosystèmes alors que la diversité virale des sols n'avait presque jamais été étudiée auparavant.
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Ecologie, évolution
/ 18-10-2021
Lecoq Lucie
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La structure du paysage, de par la quantité d’habitat semi-naturels et par l’hétérogénéité de la matrice qu’elle présente, est l'un des principaux facteurs influençant la biodiversité, en particulier dans les paysages agricoles. Cette diversité, notamment la diversité végétale, conditionne le fonctionnement des écosystèmes actuels et futurs. L’objectif général de cette thèse était de déterminer l’effet de la structure du paysage sur la diversité fonctionnelle des communautés de plantes et les fonctions écologiques associées. Menée au sein du bassin versant du Couesnon, cette étude se concentre sur deux types de végétation semi-naturelle : les prairies permanentes et les haies. Nous avons démontré que les composantes du paysage déterminent la diversité fonctionnelle des plantes à l’échelle gamma. Ces modifications sont issues de changements dans la composition des assemblages conduisant à la sélection de syndromes particuliers de traits. Nous avons également montré que l’effet du paysage sur la diversité fonctionnelle de prairies pouvait en retour influencer des fonctions de l’écosystème prairial comme le niveau de productivité et la variabilité spatiale de cette productivité. Par l’intermédiaire ou non de son effet sur les assemblages de plantes, le paysage joue donc un rôle sur la productivité des prairies. Finalement, nous avons montré que ces effets de la structure du paysage sur la biodiversité et la productivité pourraient varier dans le futur suivant différents scénarios concernant des décisions prises pour l’aménagement du territoire. Ces travaux suggèrent que ces prises de décisions devront s’orienter vers une préservation des linéaires de haies et un maintien de la complexité spatiale de la matrice paysagère afin de conserver efficacement la biodiversité et les fonctions écologiques associées.
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Ecologie, évolution
/ 24-11-2020
Uroy Léa
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Le maintien et la restauration de la connectivité sont proposés comme une stratégie majeure pour enrayer la perte de biodiversité en paysage fragmenté. Pour autant, aucun consensus n’a pu être dégagé quant à l’efficacité de cette stratégie pour les communautés végétales. Pour accroître et généraliser notre compréhension du rôle de la connectivité, cette thèse vise à déterminer l’effet de la connectivité et de sa dynamique temporelle sur la structuration taxonomique et fonctionnelle des communautés végétales. Menée au sein de la Zone Atelier Armorique, cette étude se concentre sur trois habitats dominants les paysages agricoles (bois, prairies temporaires et cultures céréalières). Cette thèse montre que la connectivité fournie par les différents types d’habitat et sa dynamique temporelle (intensité et variabilité des changements temporels de connectivité) n’affectent ni la diversité spécifique ni l’abondance totale des espèces au sein des communautés végétales. Elles agissent plutôt sur la composition spécifique des communautés, en sélectionnant les espèces selon la valeur de leurs traits fonctionnels liés à la production, au transport des graines, mais aussi au recrutement des plantules. En deçà du kilomètre, et au cours des décennies, la connectivité façonne alors la structure fonctionnelle des communautés végétales, affectant ainsi le fonctionnement des agroécosystèmes. Ces résultats offrent une nouvelle vision de l’interaction entre le paysage et la dispersion des plantes. De façon originale, une forte connectivité fournie par des habitats auxquels ne sont pas inféodées les espèces peut avoir un effet positif ou négatif sur la dispersion des espèces. De surcroît, l’intensité et la variabilité des changements de connectivité opérés au cours des sept dernières décennies continuent de façonner les communautés actuelles. Nos travaux suggèrent ainsi de fortes implications pour la conservation de la biodiversité floristique au sein des paysages agricoles, dont le maintien dépend, en partie, de la pertinence et de l’efficacité des actions menées dans le cadre de la Trame Verte et Bleue.
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Écologie, évolution
/ 05-09-2019
Hellequin Eve
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L’agriculture intensive est en pleine transition vers des pratiques agroécologiques qui s’appuient sur la biodiversité et les processus écologiques. Dans les agrosystèmes, la matière organique est un élément clé de la fertilité des sols et constitue une réserve importante de carbone. La fertilisation organique par les résidus de cultures est donc une pratique agricole qui permet d’améliorer le stock de matière organique. Les microorganismes du sol ont un rôle essentiel dans la dynamique du carbone et sont les principaux acteurs de sa minéralisation et de la mise à disposition des nutriments pour la plante. Ainsi, l’utilisation de biostimulant (BS) agricoles visant à améliorer cette fonction microbienne est proposée comme solution alternative pour améliorer indirectement la croissance des plantes tout en réduisant les intrants chimiques. A travers ces travaux de thèse il s’agissait i) d’identifier l’effet de biostimulants appliqués au sol sur les communautés microbiennes hétérotrophes, la minéralisation du carbone organique (Corg) et la libération des nutriments, ii) d’évaluer sa généricité en testant différentes conditions expérimentales et iii) d’identifier les filtres environnementaux qui contrôlent à la fois les communautés microbiennes et la fonction de minéralisation.Nous avons mis en évidence que la dynamique du Corg était différente en fonction des caractéristiques physico-chimiques et biologiques des sols. Nous avons montré que les plantes pouvaient elle aussi modifier la dynamique du Corg par le retour de leurs litières au sol et l’influence de leurs racines sur les communautés bactériennes et fongiques. Contrairement aux plantes, la quantité de Corg apportée par les BS étudiés étaient négligeables. Pourtant, nous avons évalué un effet parfois plus important que celui des plantes sur l’abondance, la diversité et la richesse des bactéries et des champignons. Parmi les deux BS étudiés nous avons montré que l’un améliorait la minéralisation du Corg en recrutant des bactéries et des champignons saprophytes indigènes du sol et que l’autre n’influençait pas la minéralisation du Corg mais activait des bactéries indigènes du sol promotrices de la croissance des plantes ainsi que des bactéries et champignons saprophytes. Notre étude souligne également l’importance de mettre en place une approche méthodologique normalisée et systémique qui intègre le suivi simultané de plusieurs descripteurs afin d’identifier les effets des BS.
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Écologie, évolution
/ 25-11-2021
Ricono Claire
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La chute de diversité des agrosystèmes est liée à l’intensification des pratiques agricoles et à la destruction d'éléments paysagers semi naturels au cours de la révolution verte. Peu d'études ont analysé leurs conséquences sur le microbiote des plantes, pourtant responsable de nombreuses fonctions pour son hôte. Ainsi, nous avons tenté de comprendre les effets de ces deux facteurs, sur le microbiote racinaire du blé, à deux échelles spatiales. Un dispositif unique d'échantillonnage aux échelles spatiales emboîtées (locale et paysagère) a été utilisé. Dans un premier axe, nous avons montré que l’agriculture biologique et les bords de champs, plus que les haies, ont des effets positifs sur la diversité du microbiote du blé. Toutefois, les effets des facteurs locaux et paysagers sont contrastés entre les champignons et bactéries indiquant des mécanismes d’assemblage se jouant à différentes échelles spatiales. Nous avons également déterminé que l’utilisation d’intrants synthétiques (phytosanitaire et fertilisant) et les paramètres physico-chimiques du sol affectent plus particulièrement la richesse des champignons et l’équitabilité des bactéries. Les modifications de microbiote induites par ces paramètres se sont répercutées sur la production de grains du blé et sur sa résistance à l’attaque de pathogènes. Dans un deuxième axe, nous avons montré la possible utilisation des adventices comme plantes auxiliaires via leur fonction de transfert et d’enrichissement de microorganismes endosphérique à une plante cible, le blé. Nos travaux suggèrent que les pratiques agricoles biologiques et la présence d'éléments semi naturels ont un effet positif sur le maintien de la diversité du microbiote endosphérique du blé à des échelles locale et paysagère mais également que la flore adventice peut représenter un réservoir riche de microorganismes recrutable par le blé. Les facteurs paysagers peuvent donc affecter le microbiote des plantes et ont besoin d’être mieux pris en compte afin promouvoir la fertilité des agrosystèmes.
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Sciences de la terre et de l’environnement
/ 26-06-2019
Bethencourt Lorine
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Les bactéries de la famille des Gallionellaceae (β-proteobacteria) oxydent le fer dissous à pH neutre pour alimenter leur métabolisme énergétique. Ces bactéries sont endémiques des habitats microaérobies, où elles peuvent rivaliser avec l'oxydation abiotique rapide du fer par l'oxygène. Elles sont ainsi retrouvées généralement dans les zones d’interfaces entre l’atmosphère et un compartiment anoxique riche en fer, tel qu’une résurgence d’eau souterraine. Pourtant ces cinq dernières années, de plus en plus d’études attestent de la présence des Gallionellaceae en profondeur dans certains milieux souterrains, à des profondeurs où ils sont généralement considérés comme anoxiques. Dans plusieurs de ces milieux, comme par exemple certains aquifères du massif armoricain (Bretagne, France), les Gallionellaceae semblent même dominer les communautés microbiennes présentes. Cela suggère que non seulement il existe des zones d’interface en profondeur dans ces aquifères entre un compartiment contenant de l’oxygène et un compartiment anoxique riche en fer, mais aussi que ces zones d’interfaces peuvent avoir un rôle prépondérant dans le maintien des populations microbiennes en profondeur. L’objectif de cette thèse était ainsi d’explorer la diversité et l’écologie des Gallionellaceae au sein des milieux souterrains, afin de mieux comprendre le fonctionnement biogéochimique global de ces milieux. Une approche pluridisciplinaire, faisant intervenir des analyses métagénomiques et hydrogéochimiques, a été privilégiée pour répondre à cet objectif.
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Ecologie, évolution
/ 18-12-2018
Hoeffner Kevin
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La décomposition des litières est un processus clé du fonctionnement du sol contribuant à de nombreux services écosystémiques. En climat tempéré, les lombriciens en interaction avec les micro-organismes du sol, contribuent significativement à ce processus. Cependant, les connaissances sur les lombriciens ciblent le plus souvent les trois catégories écologiques selon lesquelles ils sont définis : les épigés, les endogés et les anéciques. Les anéciques sont très répandus dans les sols tempérés, constituent la majeur partie de la biomasse lombricienne et interviennent dans la décomposition des litières. Plusieurs études ont observé des traits comportementaux, morphologiques et physiologiques distinguant deux sous-catégories au sein des anéciques : les épi-anéciques et les anéciques stricts. Le premier objectif de ce travail de thèse était de vérifier si cette distinction avait une réalité dans le cadre du processus de décomposition des litières. En conditions contrôlées, nous avons évalué (i) le rôle des principales espèces anéciques dans le processus de décomposition, (ii) l’impact de ces espèces sur les communautés de microorganismes et (iii) les activités enzymatiques des microorganismes du sol et (vi) l’impact des interactions entre espèces anéciques sur le processus de décomposition. A partir d’observations sur le terrain, le second objectif de ce travail de thèse était de définir les règles d’assemblages des communautés lombriciennes en prairie compte-tenu de leurs rôles majeurs dans divers processus du sol. Les résultats obtenus ont confirmé la distinction entre lombriciens anéciques stricts et épi-anéciques : les épi-anéciques étant les seuls à contribuer au processus de décomposition des litières et celui-ci étant corrélé à la biomasse individuelle moyenne de chaque espèce. Cette contribution passe par une plus forte stimulation des activités enzymatiques du sol, indépendamment des espèces considérées. En revanche, contrairement aux bactéries, les communautés fongiques du sol dépendent de l’espèce épi-anécique avec laquelle ils interagissent. Ce travail met également en évidence que l’abondance, la biomasse et la diversité des communautés lombriciennes des sols prairiaux sont régulées par différents filtres environnementaux dont la diversité du paysage. Cette thèse met en évidence que les deux sous-catégories écologiques au sein des anéciques ont des rôles différents sur le processus de décomposition des litières et qu’elles contribuent donc à des services écosystémiques fournis par le sol de manière différenciée.
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Biologie et physiologie végétales
/ 17-07-2023
Mounier Léa
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Depuis l’essor des nanoparticules d’oxydes de fer (NPs-OxFe), leur application a rapidement été étendue à la gestion environnementale car leurs propriétés physico-chimiques leur confèrent une affinité spécifique pour l'adsorption des éléments traces. Dès lors, les recherches sur la nanoremédiation se sont accrues pour tenter d’améliorer les processus de phytoremédiation existants. La première partie de cette thèse étudie l’impact à long terme des NPs-OxFe sur une culture de tournesol dans un contexte de sol pollué par le plomb. Leur phytotoxicité, nanofertilisation, mobilité, ainsi que leur potentiel de nanoremédiation y sont examinés. Dans cette étude, nous montrons que les NPs-OxFe ne génèrent aucune phytotoxicité, réduisent le stress oxydatif et sont peu mobiles dans le sol. De plus, elles améliorent la phytoextraction du plomb tout en limitant le lessivage de celui-ci vers la solution du sol. Dans un second temps, des travaux étudiant l’effet sur les plantes d’un cocktail d’éléments traces associés à l’application de NPs-OxFe sont menés. Le cocktail de contaminants n’induit pas de phytotoxicité. La réponse des plantes à l’exposition des NPs-OxFe se traduit par une augmentation de la biomasse végétale, une amélioration de la phytoextraction du cadmium et cuivre ainsi que de la réduction de l’accumulation de l’arsenic. L’ajout de NPs-OxFe enrobées à l’acide citrique induisent des effets similaires en toutes proportions à ceux des NPs-OxFe seules. À l’ensemble de ses résultats s’ajoute également une observation et quantification de l’amélioration de la tolerance au stress hydrique chez les plantes de tournesol traitées aux NPs-OxFe.
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Biologie
/ 24-06-2013
Duhamel Marie
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Le mutualisme entre les plantes et les champignons arbusculaires mycorhiziens est extrêmement répandu (~ 80% des plantes sont colonisées par ces organismes) et ancien (il ya plus de 450 millions d'années). Cette relation symbiotique est une composante essentielle du fonctionnement des écosystèmes et de leur productivité, et est fortement impliqué dans le cycle de deux éléments clés: le phosphore et le carbone. Le maintien de ce mutualisme est devenu particulièrement important dans le contexte actuel de perte de biodiversité. Un des objectifs de cette thèse était de comprendre la stabilité de ce mutualisme. L'accent a tout d'abord été mis sur les échanges de nutriments impliqués dans cette symbiose, en testant si la plante hôte et les symbiotes fongiques sont capables de discriminer leurs différents partenaires, et d'allouer davantage de ressources aux partenaires fournissant plus de nutriments. J'ai ensuite étudié la possibilité de l'implication de la plante hôte dans la protection des symbiotes mycorhiziens via un transfert de métabolites secondaires dans les hyphes. Nous avons alors pu emettre une nouvelle hypothèse suggérant que la protection en métabolites secondaires venant de la plante serait positivement corrélée avec le niveau de coopération (à savoir le transfert des nutriments) du champignon symbiotique. L'echelle d'étude est ensuite passée de l'individu à la communauté en étudiant les effets de la diminution de la diversité végétale sur la diversité des symbiotes racinaires. Pour ce faire, des analyses moléculaires et des outils novateurs ont été utilisés, tels que le séquençage à haut débit. Pour faciliter encore l'étude des séquences obtenues et d'autres séquences fongiques, j'ai collaboré avec des collègues afin de créer une base de données 'Phymyco-DB' rendue publique en 2012. Enfin, je discute de l'implication du mutualisme mycorhizien dans le contexte des systèmes agricoles actuels et propose de nouvelles trajectoires pour gérer ces systèmes. Ce projet de thèse apporte un nouvel éclairage sur la façon dont fonctionnent ces interactions entre les plantes et champignons MA et sur la manière dont ils façonnent les processus écologiques et les trajectoires évolutives dans les écosystèmes naturels et agricoles. Ces points sont d'une importance majeure pour développer une agriculture plus écologiquement intensive et durable. Le projet a fourni de nouvelles connaissances et perspectives sur la perte de la diversité végétale, et ses conséquences pour la stabilité de la symbiose AM. Comme les champignons mycorhiziens sont essentiels dans les processus des écosystèmes et l'entretien de la fertilité des sols, ce travail devrait avoir un large impact dans (i) la politique de protection des sols, (ii) la recherche sur l'amélioration des plantes et (iii) la conception de systèmes agricoles durables.
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Écologie et évolution
/ 19-12-2018
Cavé-Radet Armand
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Cette étude vise à explorer les mécanismes de tolérance des plantes aux xénobiotiques organiques de la famille des HAPs (phénanthrène), à travers l’analyse de l’impact des évènements de spéciation par hybridation et duplication génomique (allopolyploïdie). Nous avons pour cela mené une approche comparative sur un modèle de spéciation allopolyploïde récente, constitué des espèces parentales hexaploïdes S. alterniflora et S. maritima, et de l’allopolyploïde S. anglica qui résulte de la duplication du génome de leur hybride F1 S. x townsendii. Une approche intégrative basée sur des analyses physiologiques et moléculaires nous a permis de montrer que chez Spartina l’hybridation et le doublement du génome augmentent la tolérance aux xénobiotiques. Le parent paternel S. maritima se montre particulièrement sensible au phénanthrène par rapport au parent maternel S. alterniflora. Différentes analyses transcriptomiques ont permis l’identification de novo de transcrits spécifiquement exprimés en condition de stress, et l’annotation des petits ARNs (miARNs, leurs gènes cibles, et siARNs) agissant en tant que régulateurs de l’expression des gènes et la régulation des éléments transposables. Les analyses d’expression différentielle en réponse au stress ont permis de générer un modèle de régulation (miARN/gènes cibles) en réponse aux HAPs, testé par validation fonctionnelle en système hétérologue chez Arabidopsis. Un travail exploratoire de profilage du microbiome de la rhizosphère des spartines exposées au phénanthrène a été réalisé pour préciser les mécanismes de dégradation des xénobiotiques dans l’environnement en vue d’une application dans les stratégies de remédiation verte.
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