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Biologie
/ 07-12-2017
Keller Jean
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La symbiose entre les légumineuses et les Rhizobiacées est la source d’azote fixé la plus importante pour le bon fonctionnement des écosystèmes naturels et agricoles. Très étudiée chez des légumineuses modèles, certains aspects de cette interaction restent peu connus ; c’est le cas des mécanismes génétiques et fonctionnels qui contrôlent la spécificité hôte-symbiote. Il n’y a que peu d’études globales consacrées à ce phénomène, et les gènes symbiotiques sont très peu connus chez les espèces non-modèles. Dans ce contexte, nous avons étudié un cas de changement de spécificité symbiotique remarquable chez des espèces phylogénétiquement proches du genre Lupinus (Fabacées). Tout d’abord, la reconstruction et l’analyse de génomes chloroplastiques complets a permis de camper le cadre évolutif de la symbiose en générant de nouveaux marqueurs d’intérêt pour clarifier la phylogénie et l’évolution des lupins. A partir d’une expérimentation d’inoculation croisée impliquant trois espèces de lupins méditerranéens et deux souches compatibles et incompatibles de Bradyrhizobium, une approche RNA-Seq a permis de produire les premiers nodulomes de lupin et d’identifier les gènes symbiotiques. L’analyse des gènes différentiellement exprimés a montré que la spécificité symbiotique affecte non seulement la voie de signalisation et de régulation de la symbiose, mais également une diversité de voies métaboliques associées. Enfin, l’étude de la dynamique évolutive et fonctionnelle de quelques gènes a mis en évidence l’impact et l’importance des phénomènes de duplication aux différents niveaux de la cascade génétique symbiotique.
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Biologie
/ 16-01-2017
Labarrere Bastien
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Le potentiel adaptatif d’une espèce peut être défini par sa capacité à faire face aux changements environnementaux. Le potentiel adaptatif augmente avec la variation du phénotype, du niveau intra-individuel au niveau inter-populations. Cependant, les facteurs qui contrôlent et expliquent cette variation phénotypique sont encore relativement peu compris. Nous avons étudié quatre espèces végétales des îles Kerguelen, en subantarctique, une des régions les plus sévèrement affectée par le changement climatique. Les espèces végétales des îles Kerguelen montrent un fort degré d’intégration phénotypique (i.e. forte corrélation entre les traits), suggéré comme étant une contrainte pour la variation des traits. Chez ces espèces, nous avons étudié les facteurs qui peuvent contraindre la variation phénotypique : les facteurs environnementaux extrinsèques, l’intégration phénotypique intrinsèque et les coûts associés de performance. Nous avons montré que la variation intra-individuelle, i.e. plasticité, peut être contrainte par la modification simultanée de multiple facteurs environnementaux, et par les coûts de performance qui en résultent. En revanche, la plasticité peut être favorisée par un fort degré d’intégration phénotypique (Chapitre 3). Nous avons montré que la variation interindividuelle, à l’intérieur des populations, n’était pas contrainte par des facteurs environnementaux, mais pouvait cependant être favorisée par un fort degré d’intégration phénotypique (Chapitre 1). Egalement, nous avons trouvé que la variation inter-populations à l’intérieur d’une région peut être contrainte par une variation environnementale limitée (Chapitre 1). Finalement, nous avons étudié des métabolites secondaires (amines et flavonols) qui font le lien entre variation environnementale et variation phénotypique. Nous avons trouvé que la composition et la fonction de ces métabolites varient entre régions, suggérant une différentiation évolutive entre régions (Chapitre 2). Les patrons de variation entre régions, suggèrent au niveau intra-spécifique une redondance et une versatilité fonctionnelle des métabolites, que nous somme, à notre connaissance, les premiers à mettre en évidence. Nous suggérons que le changement climatique des îles Kerguelen va avoir un impact négatif sur la performance des espèces végétales. La persistance d’habitats humides favorables à ces espèces sera alors un facteur déterminant de la capacité des espèces à faire face au changement climatique. De plus, ce projet a permis d’identifier des facteurs jusqu’alors peu reconnus qui pourtant favorisent le potentiel adaptatif des espèces. En particulier, le potentiel adaptatif peut être favorisé par (i) le degré d’intégration phénotypique (contrairement à ce qui est communément suggéré) et (ii) la redondance et la versatilité des métabolites (qui a peu été étudiée jusqu’alors). Qui plus est, nous avons mis en évidence pour la première fois, plusieurs coûts et limites de la plasticité, suggérant qu’une réponse plasticité de la plante n’est pas une garantie de succès dans le nouvel environnement.
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Écologie, évolution
/ 16-12-2021
Labat Frédéric
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Les petits plans d’eau peu profonds SSL sont des écosystèmes à forte valeur patrimoniale et peuvent fournir de nombreux services écosystémiques. Pourtant, contrairement aux grands plans d’eau français, il n’existe pas de protocole permettant d’évaluer leur intégrité biologique ou leur intérêt conservatoire. Leur fonctionnement et les communautés qu’ils abritent restent donc largement méconnus. Deux nouveaux protocoles d’échantillonnage sont proposés, l’un sur les macrophytes, l’autre sur les invertébrés.Ces deux groupes biologiques sont essentiels pour le fonctionnement des SSL. Les macrophytes sont au centre de nombreuses boucles de rétroaction assurant le maintien d’un état clair et une biodiversité élevée, les invertébrés participent au maintien de l’état clair et dominent les échanges de matières et d’énergie. À partir de l’échantillonnage de près de 300 SSL de France continentale, les facteurs environnementaux qui déterminent les communautés de macrophytes et d’invertébrés ont été identifiés. Ces deux compartiments biologiques sont principalement déterminés, mais différemment, par le climat et l’altitude, la minéralisation de l’eau et le pH, la distance à la source et la superficie. Chez les invertébrés, les poissons sont également déterminants. L’importance des facteurs diffère entre les macrophytes et les invertébrés. Ces différences s’expliqueraient notamment par des capacités de dispersion différentes. Ces résultats peuvent avoir des applications dans les politiques régionales et locales de conservation de la biodiversité des SSL.
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Biologie
/ 30-10-2015
Le Couteulx Alexis
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Le travail de recherche mené au cours de cette thèse a permis de mettre en place le modèle MOSST, un modèle de structure du sol basé sur des voxels et en 3D. Le sol simulé est séparé en trois niveaux : (i) celui des voxels qui sont la plus petite échelle prise en compte dans le modèle ; c'est aussi au niveau des voxels qu'est stockée l'information relative à la structure du sol, chaque voxel possède un état qui correspond à un composant du sol : ex. vides, solides, matières organiques; (ii) celui des pièces qui sont des cubes de 40 voxels de coté et (iii) celui du bloc de sol qui représente (taille et forme) l'ensemble de l'environnement simulé. Pour pallier aux contraintes du stockage informatique de la structure du sol, un système d'encodage a été mis en place ainsi qu'un système de chargement dynamique de la structure qui permet de charger et décharger une partie de la structure virtuelle. Ce modèle à la particularité de pouvoir être initialisé à partir d'images 3D, issues de la tomographie aux rayons X, ce qui permet d'initialiser un sol virtuel avec une structuration réelle. Le modèle MOSST a été conçu pour être le plus générique possible permettant ainsi son adaptation et son évolution en fonction des agents structurants associés. Un premier couplage a été réalisé avec un modèle d'agent ver de terre qui permet de simuler la production de déjections et le creusement de galeries par les vers de terre anéciques et endogés. Ce modèle d'agent ver de terre apporte une innovation importante : un système de gestion des galeries qui guide les vers lorsqu’ils creusent. Il simplifie aussi l’implémentation des anéciques et empêche les agents vers de terre d'avoir des comportements non réalistes tels que recreuser dans leurs propres galeries. Une analyse de sensibilité de ce modèle, a démontré l'importance de la vitesse de creusement dans la simulation de l'activité de bioturbation des vers. Une première calibration a été réalisée à l'aide des données issues de la littérature complétées par des données issues d’une étude en microcosmes sur l'activité de bioturbation de trois vers de terre endogés (A. caliginosa, A. chlorotica, A. icterica). Nous avons montré que A. chlorotica peut être assimilée à une espèce épi-endogée en lien avec son activité principalement localisée sur les premiers centimètres de sol tandis que la bioturbation de A. icterica correspond à celle d’un endogé strict. Afin de rendre compte de l'impact d'outils de travail du sol sur la structure, une expérience en plein champ nous a permis de préciser l’évolution de la structure du sol, au cours des étapes de semis dans un système en labour. Le labour entraîne une augmentation de la porosité, la reprise de labour une décroissance rapide de la porosité jusqu’à environ 5-7 cm et un tassement des couches plus profondes par rapport à la situation post-labour.
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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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Écologie, évolution
/ 14-12-2022
Mallick Soumen
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Beaucoup arthropodes se nourrissant des arbres. Pour réussir, ces arthropodes doivent concorder aux caractéristiques des arbres. Nous avons émis l'hypothèse que les arthropodes concordent mal lorsque les arbres sont entourés de voisins phylogénétiquement éloignés, en raison de la réduction des échange d'arthropodes entre les arbres voisins. Plus précisément, l'isolement phylogénétique empêche les arthropodes de profiter (i) des arbres riches en ressources, (ii) des arbres qui débourrent rapidement, et (iii) des arbres avec un microclimat chaud. Nous avons étudié si : (i) il y a plus d'herbivorie sur les arbres avec des feuilles plus grandes et de meilleure qualité (utilisation proportionnelle des ressources), (ii) les chenilles sont plus grandes sur les arbres avec des bourgeons qui éclatent plus tôt, et se nymphosent plus tôt sur les arbres avec des feuilles qui mûrissent plus tôt (concordance phénologique), et (iii) les arthropodes de petite taille dominent sur les arbres avec un microclimat chaud permettant d'atteindre la maturité à une petite taille (règle température/taille). Nous avons prédit que ces relations disparaissent parmi les arbres phylogénétiquement isolés. Nous nous sommes concentrés sur l'espèce d'arbre la plus diversifiée en arthropodes d'Europe occidentale, Quercus petraea (hybridé avec Q. robur), dans une forêt de l'ouest de la France. Nous avons constaté que lorsque les arbres hôtes étaient phylogénétiquement isolés (i) l'herbivorie n'augmentait plus proportionnellement à la taille des feuilles, (ii) la concordance phénologique diminuait, en particulier sur les arbres à éclatement rapide, et (iii) la relation température/taille changeait. Nous suggérons que l'isolement phylogénétique empêche les arthropodes de choisir efficacement les arbres avec des ressources abondantes, une phénologie et un microclimat approprié. Nos résultats suggèrent donc que pour éviter une herbivorie excessive, les arbres devraient pousser loin des espèces phylogénétiquement proches (ou alternativement débourrer lentement).
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Écologie, évolution
/ 07-12-2021
Marchand Lorène
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La capacité d'adaptation des plantes au changement climatique est définie comme l'aptitude d'une espèce ou d'une population à faire face à de nouvelles conditions environnementales et à persister en survivant et en se reproduisant. Les îles Kerguelen, dans la région subantarctique, abritent une espèce endémique à longue durée de vie, Lyallia kerguelensis Hook.f. (Montiaceae). La distribution de la plante est limitée aux fellfields considérés comme une forme d'écosystème de toundra rocheux au climat froid et aux vents forts. Cette plante semblerait mal équipée pour faire face à un changement climatique drastique. Son endémisme strict, sa distribution relativement éparse, sa forme en coussin et l'apparition de nécroses ont conduit à s'interroger sur sa capacité d'adaptation. Nous avons émis l'hypothèse que la réserve de variabilité (de la morphologie, du transcriptome et du rhizomicrobiome du sol) de L. kerguelensis dans des environnements contrastés pourrait fournir des informations sur son adaptation aux environnements hostiles et sur sa réponse possible au changement climatique rapide. En outre, nous avons utilisé des données provenant d'un suivi à long terme du devenir des populations et de leur dynamique morphologique. La morphologie de L. kerguelensis révèle une allométrie et des réponses à la teneur en eau du sol et à l'intensité du vent. Son transcriptome est spécifique à la région avec une expression différentielle des gènes liés aux réponses aux stress abiotiques ou biotiques. Le microbiome des sols des fellfields des îles Kerguelen est spécifique et varie en fonction de la teneur en nutriments du sol. Le rhizomicrobiome a montré une variation similaire alors que sa composition est sous l'influence de L. kerguelensis. La nécrose pourrait être un dommage dû au stress de la sécheresse fortement liée aux rapides réductions de précipitations et au réchauffement climatique et pourrait être aggravée par le stress salin et un changement dans la composition du rhizomicrobiome. Enfin, la croissance de L. kerguelensis est très lente et spécifique de chaque population et sa durée de vie est estimée à plusieurs décennies au moins. Dans le cadre des tendances actuelles du changement climatique aux îles Kerguelen, L. kerguelensis pourrait avoir la capacité de faire face et de s'adapter aux variations environnementales dans une certaine mesure.
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Écologie, évolution
/ 09-03-2022
Maréchal Jeanne
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Les sols et la biodiversité qu’ils abritent fournissent de nombreux services écosystémiques participant à l’amélioration du cadre de vie en milieu urbain. Cependant, l’artificialisation croissante constitue un facteur majeur de dégradation des sols et d’érosion de la biodiversité. L’ingénierie pédologique apporte des réponses techniques pour la reconstitution de sols fertiles support de végétation. Peu d’études ont permis à l’heure actuelle de caractériser l’efficience à court et long terme de ces processus d’ingénierie sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques de ces sols en conditions réelles de projets d’aménagement. De plus, ces processus n’incluent aucune prise en compte de la biodiversité des sols, et en particulier des vers de terre, acteurs clés de l’écosystème sol. Ces derniers sont susceptibles d’être fortement impactés par les perturbations engendrées lors des étapes de reconstitution de sol mais également par la rupture des continuités écologiques inhérente au milieu urbain, isolant les sols et les populations lombriciennes par des barrières anthropiques telles que des routes ou des trottoirs. Le premier objectif de la thèse était de caractériser à l’aide d’une quarantaine d’indicateurs les composantes physiques, chimiques et biologiques de la fertilité de Luvisols anthropisés de 30 ans issus d’une ingénierie basique impliquant un décapage peu profond et aucun amendement organique, et des Anthroposols reconstitués de 4 et 20 ans issus d’une ingénierie élaborée impliquant un décapage profond et un amendement organique. Le deuxième objectif était de caractériser les communautés lombriciennes dans ces mêmes sols et d’appréhender les impacts de leur isolement, partiel ou total, par rapport à de potentiels réservoirs. Les résultats montraient dans les Anthroposols un effet très positif de l’amendement organique sur la fertilité, stimulant particulièrement l’activité lombricienne dans les horizons de surface des sols de 4 ans. Vingt ans après leur mise en place, la fertilité des Anthroposols était supérieure à celle de Luvisols anthropisés non amendés, notamment en termes d’activité lombricienne et racinaire. L’isolement n’avait aucun impact sur les communautés lombriciennes des Anthroposols de 4 ans et les Luvisols anthropisés tandis que l’isolement total engendrait une faible abondance et la perte de trois catégories écologiques dans les Anthroposols de 20 ans. Cette thèse met en évidence les impacts contrastés des processus d’ingénierie pédologique sur les fonctions de fertilité et de réservoir de biodiversité lombricienne ainsi que sur l’intégration des sols au sein d’une Trame Brune urbaine permettant les déplacements des lombriciens au sein de la matrice urbaine.
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Biologie
/ 27-11-2017
Mas Alix
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L'évolution est-elle prédictible? Alors que la réponse habituelle est un non presque unanime, un corpus croissant de connaissances suggère qu'il est temps de revoir cette réponse. Même si les mutations sont toujours considérées comme aléatoires, la détection de patterns génétiques sous-jacents aux événements évolutifs ouvre la porte sur des stratégies potentielles permettant de prévoir les trajectoires évolutives suivies par les organismes lorsqu'ils s'adaptent à des contraintes changeantes. Quand les organismes subissent une spécialisation fonctionnelle (à travers la perte de gènes et de fonctions) pour s'adapter à des signaux environnementaux donnés, les trajectoires évolutives possibles qu'ils peuvent emprunter sont restreintes et devraient donc être plus facilement prévisibles. Dans ce contexte d'évolution réductive par spécialisation, les objectifs de cette thèse sont de mieux comprendre l'interaction entre contraintes environnementales, métabolisme, évolution génétique et adaptations fonctionnelles, et dans un deuxième temps de prédire, pour des contraintes données, les trajectoires évolutives qui seront suivies par les organismes pour s'adapter à ces contraintes. Une première approche met l'accent sur l'importance des interactions biotiques en tant que déterminants des trajectoires évolutives, et comment, en modélisant une hausse bénéfique de dépendance envers un bien commun, il est possible de prédire la dynamique d'une population subissant de tels évènements évolutifs. Une deuxième approche étudie comment les changements observés au niveau métabolique et fonctionnel et engendrés par des modifications de contraintes environnementales pourraient être prévus et testés. Sur la base d'une vision centrée sur le métabolisme, des travaux de modélisation et des travaux d’expérimentions ont été combinés pour étudier l'évolution de la spécialisation aux niveaux génétiques, métaboliques et fonctionnels. Nous montrons que les trajectoires évolutives suivies peuvent-être partiellement prédites en fonction de conditions environnementales spécifiques, mais que ces prédictions sont limitées en raison de la complexité du réseau de l'expression génétique. Ce travail exploratoire et interdisciplinaire augmente les connaissances sur les déterminants évolutifs et les trajectoires suivies par l'organisme au cours d’un phénomène de spécialisation. Il démontre également un grand potentiel de prédiction, notamment grâce à une perception métabolique des systèmes.
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Écologie, évolution
/ 08-12-2021
Mataigne Victor
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Les communautés microbiennes forment un réseau complexe d’interactions entre organismes, qui façonnent leur structure. Parmi ces interactions, les échanges de métabolites entre organismes, nommés ‘cross-feeding’, sont considérés comme fréquents et importants. Ces échanges peuvent être prédits in silico avec des réseaux métaboliques inférés à partir de génomes. Ces modèles sont intégrés dans un cadre de travail nommé ‘microbial system ecology’, qui rassemble plusieurs méthodes de modélisation ainsi que leur validation expérimentale, à différentes échelles d’étude. Dans cette thèse, nous avons utilisé ce cadre pour prédire de nombreuses et hypothétiques associations de bactéries du microbiote racinaire d’Arabidopsis thaliana permettant le production de métabolites non productibles par des bactéries seules. Nous avons également modélisé l’impact des nutriments disponibles dans le milieu, et prédit que ces contraintes nutritionnelles sont largement compensées par des comportements de cross-feeding. En parallèle, nous avons également utilisé des métriques simples pour corréler le potentiel de cross-feeding et de compétition avec le métabolisme des bactéries et leur distance phylogénétique. Ces métriques ont été testées expérimentalement avec un ensemble de petites communautés synthétiques. La compétition semblait dominer dans la plupart des communautés, mais a été déterminée comme étant plus faible dnas les communautés abritant des souches à métabolisme différent. Nous avons identifié quelques bactéries profitant des exsudats d’autres espèces, particulièrement une Achromobacter sp. Finalement, les résultats suggèrent que le cross-feeding est courant mais potentiellement masqué par de la forte compétition lorsque des bactéries sont en contact.
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