Quantification, diversité et rôle fonctionnel des virus ...jacquet.stephan.free.fr/JEF_2004_Jacquet.pdf · Journées d’Ecologie Fonctionnelle Rennes, 10-12 mars 2004 Nos recherches

Station d’HydrobiologieUMR CARRTEL

Stéphan Jacquet

Journées d’Ecologie FonctionnelleRennes, 10-12 mars 2004

Quantification, diversité et rôle fonctionnel des virus bactériophages en milieu lacustre :

Généralités et cas d’étude en France

S. Jacquet, Y. Bettarel, T. Sime-Ngando, A. S. Pradeep Ram, D. Boucher,

L. Jardillier, D. Debroas, I. Domaizon, S. Personnic, U. Dorigo, S. Duhamel

Titre

UMR CARRTEL, Equipe de Microbiologie Aquatique, ThononUMR 6023, Laboratoire de Biologie des Protistes, Aubière

Écologie des virus lacustresStéphan Jacquet et al.


Contexte globalAbondance des organismes dans 1 ml d’échantillon d’eau (lac, mer, océan)

Virus / phages 10 000 000

Bactéries hétérotrophes 1 000 000

Bactéries photosynthétiques 100 000

Protozoaires < 10 000

Algues < 5 000

Zooplancton << 1

Poissons 0


Contexte globalBoucle microbienne

Chaîneclassique

Zooplancton

Phytoplancton

Nutriments inorganiques Nutriments organiques

virus

Bactéries

Protozoaires

Le réseau trophiquePoissons


Les virus aquatiques

1. Pourquoi s’y intéresser ?- groupe biologique le plus abondant- impact important sur la structure et le fonctionnement

des écosystèmes- cycle de la matière (carbone, nutriments)- l’écologie virale débute

2. Quelle importance écologique ?- réduction de la production primaire et bactérienne- terminaison des efflorescences algales- affectation de la dynamique des populations et de la diversité

des communautés planctoniques- transferts et recombinaisons génétiques

3. Applications potentielles ?- contrôle des blooms à cyanobactéries toxiques



~1950 Mise en évidence des bactériophages marins

~1970 Mise en évidence des virus d’organismes photosynthétiques- 1963 : Virus de cyanobactéries- 1979 : Virus de Micromonas pusilla- 1981 : Virus de Chlorella sp.

> 1990 Isolement de virus du phytoplancton- Aureococcus anophagefference- Emiliana huxleyi - Phaeocyctis pouchetti- Chrysochromulina ericina - Chrysocromulina brevifilum, - Pyramimonas orientalis - Heterosigma akashiwo, - Heterocapsa sircularisquama - Rhizosolemia setigera …

> 1996 Isolation de virus à cyanobactéries filamenteuses marinesPhormidium persicinum, Trichodesmium, Lyngbya majuscula




Cycle lytique

Cycle lysogène

NutrimentsTempératureCond. Physiol.

Insertion

UV, nutriments, mutagènes,stress environ.

Disette

Diversité, contrôle des populations, flux de nutritifs Acquisition de caractères

Induction



Cycles biologiques


E. h

uxle

yi (c

ell.m

l-1)

0

20x103

40x103

60x103

80x103

100x103

120x103

0

10x106

20x106

30x106

40x106

50x106

Viru

s de

E. h

uxle

yi (p

art.m

l-1)

Temps (jours)1 3 5 7 9 11 13

B

A

Jacquet et al. 2002. Aquat. Microb. Ecol.

Les virus aquatiquesAgents de

mortalitécellulaire



Phytoplancton100% Brouteurs COD

Bactéries hétérotrophes

Carnivores

Virus Virus

Virus

6-26%

3-15%1%2-10%

Whilhelm & Suttle 1999 Biosciences


Les virus aquatiquesAgents recycleurs de la MO avec les prédateurs protistes


Les virus aquatiquesAgents recycleurs de la MO avec les prédateurs protistes


La lyse virale produit plutôt de la MODdirectement profitable à d’autres microbes

La prédation par les protozoaires produit plutôt de la MOPqui potentiellement nourrit les niveaux trophiques supérieurs

On ne sait rien de l’impact (in)direct de la lyse virale bactérienne- sur la diversité bactérienne- sur la dynamique et la diversité des protistes qui s’en nourrissent

Projets de DEA et de thèse en cours


! Dynamique des communautés virales naturelles (Annecy, Bourget, Léman, Pavin, Sep, Aydat)

! Estimer la diversité des virus (cyanophages en particulier)

! Isolement de virus à cyanobactéries

! Impact de la lyse virale sur la mortalité bactérienne (comparativement à celui exercé par les brouteurs)

! Impact de la lyse virale sur la diversité bactérienne

Nos recherches


Cadre et problématiques


Sites d’étude


Nos recherches

Les lacs « alpins »

B

A

L


Sites d’étude


Nos recherchesA

S

P


Les « lacs » d’Auvergne

Dynamique des communautés naturelles


Nos recherches

TEM

FCM

EFM


Dynamique des communautés naturelles


Nos recherches

juil. nov. mars juil. nov.

10

20

30

40

50juil. nov. mars juil. nov.

10

20

30

40

50


10

20

30

40

50

1e+6 2e+6 3e+6 4e+6 5e+6


10

20

30

40

50juil. nov. mars juil. nov.

10

20

30

40

50

2e+7 4e+7 6e+7 8e+7 1e+8 1e+8 1e+8 2e+8 2e+8 2e+8


10

20

30

40

50

Bactéries (nb cell. ml-1)

Virus (nb particules. ml-1)

2002 2003 2002 2003 2002 2003

Annecy Bourget Léman



Nos recherches

Viru

ses

(l-1)

EpilimnionMetalimnionHypolimnion

108

109

1010

1011

0

2

4

6

8

10

12

14

18/03

/0303

/04/03

16/04

/0305

/05/03

21/05

/0304

/06/03

18/06

/0315

/07/03

30/07

/0314

/08/03

27/08

/0310

/09/03

24/09

/0315

/10/03

18/11

/03B

acte

ria (x

109 c

ells

l-1)

Sep Reservoir


Échant. naturel

Filtration(s)

Concentration(s)

ADN Viral

PCR

DGGE

Séquençage

Amorces

Microalgues pol

Cyanomyovirus g20

Cyanophages

MyoviridaeCyanomyovirus

Syn, Ana SiphoviridaeCyanostylovirus

Syn

PodoviridaeCyanopodovirus

Lyn, Ana, Nos


Diversité des communautés naturelles Nos recherches




Sep-Oct 02 Sep-Oct 02

Sept 02

Oct 02 Dec 02

Jan 03Nov 02

" Profils de migration identiquesen Sept et Oct 2002

" Changement en Novembre 2002

" Difficultés d’amplification en Janvier 2003

DGGE




0.1

AY152732

AY152738

AY152741

Seq. 1

AY027986

AF016386

AY028022

AY27978

AY027972

AY027973AY027938

97.1 100

100

100

100

98.8

100

100

89.8

Cluster 2(14 séquences)


Cluster 6(2 sequences)

Cluster 30.1

AY152732

AY152738

AY152741

Seq. 1

AY027986

AF016386

AY028022

AY27978

AY027972

AY027973AY027938

97.1 100

100

100

100

98.8

100

100

89.8

(4 séquences)Cluster 1(11 séquences)





Evolution temporelle de la composition de la communauté virale

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Cluster 1

Cluster 2

Cluster 3Cluster 4

Cluster 5

Cluster 6

Sept 02 Oct 02 Nov 02 Dec 02 / Jan 03

Abondance




Échant. naturel

Filtration(s)

Concentration(s)

ADN Viral

Séquençage

Amorces

No PCR

PFGE

PFGE

Approche surl’ensemble du

génome

Une perspective



Impact sur la mortalité bactérienne (au labo)Nos recherches

Temps (j)0 2 4 6 8 10

Con

cent

ratio

n (c

ell/m

l)

3e+6

4e+6

5e+6

6e+6

7e+6

8e+6

syn-C1 Syn-I1 Syn-C2 Syn-I2



Nos recherchesImpact sur la mortalité bactérienne (au labo)

C1 I1

C2 I2

C1

C2

I1

I2



Nos recherches

Fraction whole water (%)

Het

. bac

teria

l app

aren

t gro

wth

rate

(d-1

)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5Exp1: March-AprilExp2: MayExp3: August

20 40 60 80 100

Mortalité journalière imputable aux virus de

38 % en mars - avril26 % en mai34 % en août

Mortalité journalièredue aux protistes de

56 % en mars - avril63 % en mai18 % en août

Impact sur la mortalité bactérienne « in situ »


Lac du Bourget


Nos recherchesImpact sur la mortalité bactérienne « in situ »

0,0

0,1

1,0

10,0

100,0

18/03

/0302

/04/03

16/04

/0306

/05/03

21/05

/0304

/06/03

17/06

/0315

/07/03

30/07

/0314

/08/03

27/08

/0310

/09/03

24/09

/0315

/10/03

18/11

/03Vi

ral l

ysis

: Fl

agel

late

gra

zing

EpilimnionMetalimnionHypolimnion

Réservoir du Sep

Mortalité journalière imputable aux virus : jusqu’à 60 %Mortalité journalière imputable aux protistes : jusqu’à 26%




Lacs Pavin et Aydat (mars – décembre 2000)

PB FVIC BS PV

Pavin

Aydat

23,2 1,6 25,7 79,7

BP

3,9

109,6 1,1 30,2 423,7 19,6

(106 bact.l-1.h-1) (106 bact.l-1.h-1)(106 vir.l-1.h-1)(%)

Mortalité journalière imputable aux virus : 16 %Mortalité journalière imputable aux virus : 9 %

PavinAydat

Mortalité journalière imputable aux protistes : 40 % (> 90% flagellés)Mortalité journalière imputable aux protistes : 27 % (~ 30% ciliés)

PavinAydat




Perspectives

! Impact prédation vs lyse virale - Evolution dans le temps et l’espace - Conséquences sur le réseau trophique

! Biodiversité et changement global: effets de l’accroissementdes UV sur la dynamique du virioplancton et son impact surla biodiversité microbienne dans les écosystèmes aquatiques


Conclusion


Diversité bactérienne

Lyse : « killing the winner »Co-existence possible de

plusieurs espècesCOMPETITION ENTRE DOMINANTS

Lyse : libération de produitsCo-existence possible de

plusieurs espècesCOMPETITION POUR LA RESSOURCE

Lysogénie : conversion viraleGain immunitaire (résistance)

TRANSFERT DE TRAITS DE VIE

Transduction

TRANSFERT DE TRAITS DE VIE

L’activité et les gènes viraux augmentent la diversité bactérienneCette diversité est source de sélection et de fonctions écologiques


“ The surface of the sea is so complex than only a poet can describe it ”

Conclusion



Documents

Quantification, diversité et rôle fonctionnel des virus ...jacquet.stephan.free.fr/JEF_2004_Jacquet.pdf · Journées d’Ecologie Fonctionnelle Rennes, 10-12 mars 2004 Nos recherches