Koedooder Coco

Mon travail de thèse concerne l'étude de l’interaction phytoplancton-bactéries dans le couplage des cycles du fer et du carbone dans l’océan.

Les cycles du fer et du carbone dans l’océan sont fortement liés avec d’importantes conséquences sur la teneur en CO₂ (Sigman et al., 2010). Ce lien résulte en premier lieu du contrôle exercé par le fer sur la production primaire dans de vastes régions de l’océan (Boyd et al., 2007). Les recherches conduites ces dernières années notamment dans des environnements naturellement fertilisés en fer (Blain et al., 2007) suggèrent cependant qu’une grande partie de la biomasse issue de la photosynthèse pourrait être rapidement reminéralisée par les bactéries hétérotrophes (Obernosterer et al., 2008) conduisant à une faible efficacité du système pour exporter du carbone (Rembauville et al. 2015). Mieux comprendre comment interagissent phytoplancton et bactéries dans le couplage des cycles du fer et du carbone représente actuellement un enjeu majeur.

D’une manière générale, les bactéries hétérotrophes peuvent tirer profit de la présence de phytoplancton qui constitue une importance source de carbone organique tandis que le phytoplancton tire profit des bactéries hétérotrophes par exemple pour obtenir des molécules qu’il ne peut pas produire lui-même (e.g. vitamines B12 ou B1 (Paerl et al., soumis). Du point de vue du fer, la situation est plus complexe puisque les bactéries pourraient soit être en compétition avec le phytoplancton (Fourquez et al., 2015) pour l’acquisition du fer soit agir en collaboration avec le phytoplancton par exemple en produisant des molécules de type sidérophore augmentant la biodisponibilité du fer pour le phytoplancton (Amin et al., 2009). Ces interactions entre phytoplancton et bactérie existent probablement à différentes échelles de temps (de l’heure à la saison) et avec des mécanismes différents selon ces échelles.

Pour le phytoplancton le cycle jour nuit est un facteur de contrôle essentiel lié à la photosynthèse. Des travaux récents ont également montre que le métabolisme du fer dans la cellule phytoplanctonique était aussi fortement dépendant du cycle jour nuit (Saito et al., 2011, Botebol et 2015). Les résultats de Botebol et coll montrent en particulier que le fer est préférentiellement assimilé pendant la nuit mais la cause de ces rythmes est inconnue. Dans le cas des bactéries hétérotrophes, l’existence de variations jour nuit de l’activité a été détectée (Kuipers et al. 2000) dans des populations naturelles sans que les causes aient été clairement établies et notamment le lien avec l’activité du phytoplancton.

L’objectif du travail de thèse est d’explorer les interactions entre phytoplancton et bactéries en particulier à l’échelle du cycle jour nuit en liaison avec le cycle du carbone et du fer.

Les études seront réalisées à partir de cultures de microorganismes modèles phytoplanctoniques (Lozano et al. 2015) et bactériens cultivés seuls ou en co-cultures dans diverses conditions de limitation en fer et de lumière. Des mutants affectés dans des processus biologiques spécifiques (horloge circadienne, synthèse de thiamine, métabolisme du fer et du carbone) seront utilisés pour analyser la nature des interactions bactérie/phytoplancton. La réponse des microorganismes sera caractérisée à l’aide de bio rapporteurs des métabolismes du fer et du carbone permettant des suivis à haute résolution du métabolisme des cellules pendant des cycles jour nuit. Dans cette perspective, de nouveaux biorapporteurs luminescents seront développés en complément de ceux déjà utilisés au LOMIC. Les activités de photosynthèse et de respiration bactérienne seront quantifiées par des mesures en continu d’oxygène (optodes) et de Phyto-Pam. L’assimilation du fer par les micro-organismes sera quantifiée par l’utilisation du ⁵⁵Fe (Fourquez et al., 2015).

Directeur de thèse : Stéphane BLAIN

Références

- Amin, S. A., Green, D. H., Hart, M. C., Kupper, F. C., Sunda, W. G. and Carrano, C. J.: Photolysis of iron-siderophore chelates promotes bacterial-algal mutualism, Proc. Natl. Acad. Sci., 106(40), 17071–17076, 2009.

- Bertrand E., Saito M.A., Lee P., Dunbar R., Sedwick P.N. and G. R.DiTullio. Iron limitation of a springtime bacterial and phytoplankton community in the Ross Sea: implications for vitaminB12 nutrition. Frontiers in microbiology, 2, 2011

- Blain, S., et al. Effect of natural iron fertilisation on carbon sequestration in the Southern Ocean, Nature, 446(7139), 1070–1075, 2007.

- Botebol H, Lesuisse E, Sutak R, Six C, Lozano JC, Schatt P, Vergé V, Kirilovsky A, Morrissey J, Léger T, Camadro JC, Gueunegues A, Bowler C, Blain S, Bouget FY. (2015) A central role for ferritin in the day/night regulation of iron homeostasis in marine phytoplankton, Proc Natl Acad Sci U S A. 112:14652–14657

- Boyd, P. W., et al. Mesoscale iron enrichment experiments 1993-2005: Synthesis and future directions, Science, 315, 612–617, 2007.

- Fourquez, M., Obernosterer, I., Davies, D. M., Trull, T. W. and Blain, S.: Microbial iron uptake in the naturally fertilized waters in the vicinity of the Kerguelen Islands: phytoplankton–bacteria interactions, Biogeosciences, 12(6), 1893–1906, 2015.

- Kuipers B., van Noort G.J.,  Vosjan J., Gerhard J. Herndl G. J. Diel periodicity of bacterioplankton in the euphotic zone of the subtropical Atlantic Ocean, 13 (25), 2000.

- Lozano JC, Schatt P, Botebol H, Vergé V, Lesuisse E, Blain S, Caré I, Bouget FY. Efficient gene targeting and foreign DNA removal by homologous recombination in the picoeukaryote Ostreococcus. Plant J 78:1073-1083,2014.

- Obernosterer, I., Christaki, U., Lefèvre, D., Catala, P., Van Wambeke, F. and Lebaron, P.: Rapid bacterial mineralization of organic carbon produced during a phytoplankton bloom induced by natural iron fertilization in the Southern Ocean, Deep Sea Res. Part II Top. Stud. Oceanogr., 55(5-7), 777, 2008.

- Paerl R. W., BougetF.-Y., LozanoJ.-C., Vergé,V., Schatt,P., Allen, E. E.,  Palenik, B. and Azam, F. Picking up the pieces: Key marine picoeukaryotic phytoplankton can meet their vitamin B1 demands using precursors released by co-occurring microbes. ISME J, 2016 (in press).

- Rembauville M., I. Salter, N. Leblond, A. Gueneugues, and S. Blain (2015) Export fluxes in a naturally fertilized area of the Southern Ocean, the Kerguelen Plateau: seasonal dynamic reveals long lags and strong attenuation of particulate organic carbon flux (part 1) Biogeosciences 12: 3153-3170

- Saito, M. A., Bertrand, E. M., Dutkiewicz, S., Bulygin, V. V., Moran, D. M., Monteiro, F. M., Follows, M. J., Valois, F. W. and Waterbury, J. B.: Iron conservation by reduction of metalloenzyme inventories in the marine diazotroph Crocosphaera watsonii, Proc. Natl. Acad. Sci., 108(6), 2184–2189, 2011.

- Sigman, D. M., Hain, M. P. and Haug, G. H.: The polar ocean and glacial cycles in atmospheric CO2 concentration, Nature, 466(7302), 47–55, doi:10.1038/nature09149, 2010.