Zhong Xu - Thèse soutenue le 17 janvier 2014, Encadrement : Stéphan Jacquet

Dans les milieux lacustres, le premier maillon trophique le plus caractéristique est le phytoplancton. Si la diversité de ces microalgues planctoniques est relativement bien connue, la régulation de cette diversité reste très largement méconnue. Pourtant, connaître les différents facteurs et processus de contrôle ainsi que leur impact et leur importance relative sur la communauté phytoplanctonique en terme de biomasse et de structure afin de mieux appréhender la dynamique des populations constitue un enjeu crucial pour les écologistes, les acteurs de la surveillance des plans d’eau et les gestionnaires de ces derniers. Parmi ces facteurs potentiels, le rôle des virus parasites du phytoplancton n’a encore jamais été évalué dans les grands lacs péri-alpins français.
Ce projet de recherche s’inscrit dans le contexte général d’étude du fonctionnement écologique des systèmes lacustres. Il se place ainsi au cœur des grands débats scientifiques actuels sur le rôle fonctionnel de la biodiversité et l’impact des changements locaux et globaux sur l’évolution des écosystèmes. Il a pour but de répondre à la question ciblée et originale en écologie fonctionnelle de la diversité des virus phytoplanctoniques et de leur rôle fonctionnel en tant que facteurs de régulation de leurs hôtes algaux en milieu lacustre.
Le projet ALGOVIR, financé par la Région Rhône-Alpes (octobre 2010 – septembre 2013), vise donc à caractériser la diversité virale phytoplanctonique au moyen de technologies novatrices (cytométrie en flux, PFGE, PCR-DGGE, séquençage, etc) et à déterminer le rôle des virus parasites du phytoplancton. Pour cela, deux types d’approches seront utilisées. La première, dite écosystémique, consistera à étudier l’évolution temporelle et spatiale des communautés en milieu naturel afin de déterminer les co-variations entre ces communautés et les facteurs potentiels de régulation. La deuxième, dite expérimentale, permettra de manipuler les facteurs de contrôle dans un système simplifié dans le cadre d’études en microcosmes in situ. Dans le cadre de ces deux types d’étude, les techniques classiques telles que la mise en culture et les expériences d’infection ainsi que les technologies les plus innovantes (méthodes de biologie moléculaires, séquençage) permettront de quantifier et déterminer la diversité spécifique des virus en milieu naturel. Les objectifs de ce projet, pour les lacs d’Annecy (oligotrophe) et du Bourget (mésotrophe), sont donc multiples : (i) suivre la dynamique des virus de microalgues et de leurs hôtes ; (ii) déterminer la diversité des virus du phytoplancton ; (iii) isoler et caractériser certains virus de microalgues clefs ; (iv) déterminer la part relative des différents processus de mortalité (parasitisme viral vs. broutage zooplanctonique) pouvant expliquer la dynamique de la diversité phytoplanctonique.
L’originalité de ce projet repose sur le groupe fonctionnel étudié qui représente une communauté biologique qui n’a encore jamais été prise en compte à ce jour dans l’étude des processus écologiques affectant la régulation des communautés phytoplanctoniques au sein des lacs péri-alpins dont la qualité des eaux dépend entièrement du bon fonctionnement de son réseau trophique. Le projet a donc un fort ancrage régional et se veut résolument innovant.
Les deux plus grands lacs naturels français, que sont les lacs d’Annecy et du Bourget, font l’objet de nombreuses recherches aux thématiques variées. De plus, la ré-oligotrophisation du lac du Bourget ouvre de nouvelles perspectives dans les questions scientifiques posées, notamment en ce qui concerne les facteurs de régulation des hydrosystèmes. En effet, les écosystèmes en cours de ré-oligotrophisation ne sont pas encore limités en ressources nutritives pour le développement planctonique. Une plus forte régulation de la dynamique et de la composition du phytoplancton par les facteurs de mortalité tel que le parasitisme viral est dès lors fortement pressentie.
Dans ce projet, le travail de thèse consistera plus particulièrement à :
- de déterminer la diversité génomique des virus par la technologie de PFGE (Pulse Field Gel Electrophoresis) et plus spécifiquement celle des virus de microalgues et de cyanobactéries au moyen de la PCR-DGGE (Polymerisation Chain Reaction – Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) en utilisant des amorces spécifiques ciblant les protéines de la capside virale et des gènes impliqués dans la photosynthèse ;
- tenter de quantifier les virus phytoplanctoniques majoritaires au moyen de sondes spécifiques par PCR quantitative ;
- d’isoler, caractériser et affilier phylogénétiquement certains virus ;
- tenter d’apprécier leur rôle par rapport à d’autres processus de contrôle des populations phytoplanctoniques (typiquement le broutage classique) à l’aide d’approches in situ (méthode de dilution).