Alexia PAILLER
alexia_pailler@msn.com Tél : 04 91 28 85 28				Adresse postale : IMBE Facultés des Sciences St Jérôme Boite 452 13397 Marseille cedex 20				Ecole doctorale : Sciences de l'Environnement
Sujet de la thèse : Vulnérabilité des communautés microbiennes de sols forestiers méditerranéens aux changements climatiques globaux.
Présentation - Journée des doctorants IMEP - 28 juin 2011
Direction : Raphael Gros (MC U3) & Daniel Guiral (Dr, IRD)				Dep. III : Processus fonctionnels et Valorisation de la Biodiversité Equipe : ECOLOGIE MICROBIENNE et BIOTECHNOLOGIES
Composition du comité de pilotage de thèse : en cours de constitution
Mode de financement : Bourse Organisme financeur : CNRS et Région PACA Dates de début et de fin de financement : Oct. 2009 / Sept.2012 Organisme gestionnaire : U III
Date de première inscription en thèse : Octobre 2009 - Date de soutenance envisagée : Fin 2012

Résumé Problématique La région méditerranéenne est l'un des 34 points chauds (hot-spots) de biodiversité identifiés au plan mondial. Cette richesse s'explique par la diversité des contextes géologiques et édaphiques, par une forte hétérogénéité des conditions climatologiques à méso- et micro-échelle, et par l'ancienneté et l'importance des pratiques agro-pastorales. Les mutations socio-économiques récentes, et en particulier l'exode rural, ont bouleversé les équilibres préexistants conduisant à une déprise des terres agricoles et très généralement à l'extension de systèmes forestiers paucispécifiques. La banalisation des habitats qui en résulte se traduit par l'érosion accélérée des biodiversités locales et donc régionales. Très diversifiées au plan taxonomique et caractérisées par une forte redondance fonctionnelle, les communautés bactériennes constituent l'une des composantes majeures de la qualité des sols susceptible d'assurer la pérennité des services rendus par les écosystèmes. La diversité microbienne des sols est fortement dépendante d'interactions complexes élaborées à l'échelle locale entre la végétation, les faunes et la microflore du sol mais qui s'inscrivent nécessairement au sein d'une histoire phylogéographique régionale. Ainsi, l'uniformisation des paysages et la perte locale de la richesse végétale sont susceptibles d'engendrer des processus d'appauvrissement de la diversité microbienne régionale. Au plan local, cette raréfaction conduirait d'une part, à une diminution de la diversité des fonctions des communautés recomposées suite aux stress, et d'autre part, à une réduction du pool régional d'espèces susceptibles d'assurer la pérennité des fonctions écosystémiques en suppléant à l'éventuelle extinction des populations préexistantes sténoèces. Objectifs L'objectif général du projet sera, dans ce contexte de hot spot, d'abandon des usages et d'évolution bioclimatique accélérée, d'identifier les processus qui maintiennent des communautés bactériennes stables et fonctionnelles (i.e. adaptation et/ou réorganisation populationnelles, redondance fonctionnelle, efficacité catabolique) afin d'en évaluer la vulnérabilité mais aussi de formuler des prédictions sur les impacts populationnels, structurels et fonctionnels du scénario le plus probable des changements climatiques prédits (IPCC 2007). Quatre types d'interrogation structurent la thèse : 1) Les diversités et la stabilité des communautés microbiennes de divers sites appartenant à une même aire biogéographique sont-elles différemment ou identiquement sujettes à la saisonnalité du climat méditerranéen ? 2) Les changements climatiques prédits sont-ils susceptibles d'affecter la capacité adaptative des communautés microbiennes ? 3) Ces impacts et leurs modalités d'expression sont-ils similaires pour différents micro-habitats d'un même site et donc indépendant de la diversité des niches écologiques ? 4) Les décalages phénologiques et les adaptations physiologiques affectant les essences forestières dominantes au plan local consécutivement à des stress climatiques ont-ils des incidences sur la structuration et le fonctionnement des écosystèmes microbiens ; une dépendance révélatrice d'une co-évolution étroite entre : arbre/ qualité et quantité des matières organiques bio-disponibles/ microorganismes? Méthodologie Notre approche expérimentale in-situ s'appuie sur des dispositifs d'exclusion de pluie installés dans 3 chênaies paucispécifiques méditerranéennes en vue d'anticiper et de simuler les modifications annoncées du régime des précipitations à l'échelle régionale. Le premier système d'exclusion (-60%) est mis en place dans une chênaie verte (Puechabon, 34), le deuxième (-30%) au sein d'une forêt mixte de chênes verts et de pins d'Alep (site ORE de Fontblanche, 13), le troisième est en cours de construction sur le site de l'Observatoire de Haute Provence (O3HP). La structure et la diversité génétique des communautés bactériennes seront analysées par B-ARISA (Bacterial-Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis) (Poly et al., 2002, Gros et al., 2003, Gros et al. 2006). La diversité catabolique, la biomasse microbienne (SIR) et l'efficacité métabolique (qCO2) seront analysées par respirométrie (MicrorespTM) (Gros et al. 2004). La stabilité fonctionnelle des communautés microbiennes in-situ sera évaluée en laboratoire en mesurant la réponse de la respiration basale à un stress hydrique sévère induit (dessiccation/réhumectation). Les matières organiques seront caractérisées par leur composition élémentaire en C-N, par l'acquisition des Spectres en Proche Infra-Rouge (Cécillon et al., 2008, 2009) et RMN du 13C d'échantillons sélectionnés (Farnet et al. 2009). Parallèlement aux observations de terrain, nous développerons une expérimentation en phytotron permettant une manipulation conjointe des facteurs végétation (chêne vert vs pin d'Alep vs chêne pubescent) et stress (contrôle vs stress hydrique/thermique combinés simulant l'intensité et la durée des événements climatiques caniculaires de 2003).

Journée des doctorants IMEP - Juin 2010 Vulnérabilité des communautés microbiennes de sols méditerranéens aux changements climatiques globaux Cette thèse a pour objectif central d'évaluer la variabilité spatiale des fonctions, de la composition et de la vulnérabilité des communautés microbiennes des sols forestiers méditerranéens aux changements climatiques globaux. Les échelles considérées seront les échelles régionales, mésolocales et locales. L'échelle régionale bioclimatique reposera d'une part, sur un gradient latitudinal d'aridité et d'aridification en Provence calcaire, et d'autre part sur un gradient altitudinal de température, d'aridité et d'aridification situé au Mont Ventoux. En outre à cette échelle nous testerons l'hypothèse d'un couplage entre la vulnérabilité de la végétation et la vulnérabilité des communautés microbienne aux stress du changement climatique. La deuxième échelle mésolocale permettra d'étudier et de comparer les fonctions, la composition et la vulnérabilité des communautés microbiennes des sols des trois principaux peuplements forestiers méditerranéens de la Provence calcaire (chênaie verte, chênaie pubescente et pinède à pins d'Alep). Les sites instrumentalisés de Puéchabon (34) et de Fontblanche (13), équipés de dispositifs d'exclusion des pluies, nous permettrons d'étudier l'impact d'une péjoration du bilan hydrique au sol sur les propriétés microbiennes à l'échelle locales des populations. Les fonctions microbiennes analysées seront les activités enzymatiques extracellulaires impliquées dans les cycles du carbone, de l'azote et du phosphore, la structure et la diversité des fonctions cataboliques et l'efficacité métabolique. Ces deux dernières caractéristiques seront mesurées par microrespirométrie (MirorespTM), technique qui nous permettra de plus d'évaluer la biomasse microbienne. L'analyse des acides gras phospholipidiques membranaires (PLFA) nous donnera une information sur la composition des communautés microbiennes. La vulnérabilité des communautés sera évaluée par la mesure de la résistance de la respiration basale suite à un stress hydrique supplémentaire imposé en laboratoire. Certaines caractéristiques physicochimiques des sols seront analysées comme le pH, la texture, la teneur en eau à la capacité au champ, la teneur en carbonates, et la matière organique, qui sera caractérisée par spectroscopie du proche infrarouge (SPIR), par sa teneur en carbone, azote et phosphore, et par résonance magnétique nucléaire du 13C (RMN 13C).