Impact of nutrient availability on the diversity, function and functioning of forest soil bacterial communities: Insights on soil succession at the experimental forest site at Montiers-sur-Saulx
Responsable scientifique : Stéphane Uroz (UMR 1136 – Interactions Arbres/Micro-organismes – IAM et UR Biogéochimie des écosystèmes forestiers – BEF)
Partenaires Labex : Dynamic, EEF, ENSTIB/LERMAB
Collaborations: Bertrand Aigle (Dynamic), Nicolas Angeli (EEF), Arnaud Besserer (ENSTIB/LERFOB) Cyril Bontemps (Dynamic), Marc Buée (IAM), Aurélie Deveau (IAM), Delphine Derrien (BEF), Pierre Leblond (Dynamic), Marie-Pierre Turpault (BEF)
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Contexte — Dans le contexte actuel, les écosystèmes forestiers sont soumis à des pressions croissantes liées à l’exploitation forestière, et le maintient à la fois des capacités du sol à maintenir une croissance des peuplements et de la qualité de l’environnement est une préoccupation centrale pour la gestion sylvicole à long terme. Dans ces conditions, nous pouvons nous demander comment les cycles des éléments chimiques sont maintenus dans les sols forestiers et comment les arbres accèdent aux éléments nutritifs essentiels à leur croissance, et enfin d’ou proviennent ces éléments nutritifs. En dehors des apports liés aux pluies et au recyclage des éléments contenus dans la matière organique, ce sont les dépôts atmosphériques et les minéraux du sol (primaires et secondaires) qui constituent la principale source de nutriments inorganiques pour le fonctionnement à long-terme des écosystèmes forestiers. Le processus d’altération des minéraux est donc un processus essentiel parce les éléments nutritifs contenus dans les minéraux du sols ne sont pas directement accessibles aux arbres. L’implication des microorganismes du sol dans la libération des éléments nutritifs piégés dans les minéraux et roches a été mise en évidence, spécialement dans les sols acides pauvres en nutriments. Dans ce contexte, il est particulièrement original d’aller apprécier comment les conditions de sols, et spécifiquement la disponibilité en éléments nutritifs impacte les communautés bactériennes aux niveaux taxonomiques et fonctionnels.
Objectifs — Déterminer comment la disponibilité en cations nutritifs détermine la structuration taxonomique et fonctionnelle des communautés bactériennes dans différentes interfaces réactionnelles (rhizosphère, minéralosphère, sol, phyllosphère..).
Démarche— Pour réponde à ce questionnement, la toposéquence du site de Montiers, caractérisée par un même couvert végétal dominé par le hêtre (Fagus sylvatica) et par 3 types de sol contrastés a été utilisée pour combiner analyse de sol, chimie organique, écologie microbienne, microbiologie environnementale et métagénomique, in situ ou en utilisant des microcosmes permettant la manipulation de la disponibilité en éléments nutritifs.
Résultats marquants —
Durant la première année du projet INABACT, plusieurs résultats clés ont été générés :
- Les analyses chimiques de sol ont confirmé le gradient de propriété s édaphique de la toposéquence de Montiers.
- Les analyses de chimie organique ont permis d’identifier les carbohydrates majeurs solubles (glucose)
- Les approches Pasteuriennes ont mis en évidence un enrichissement de bactéries altérantes dans les sols les plus pauvres et les plus acides.
- Les approches indépendantes de la mise en culture ont révélé une différentiation des communautés le long de la toposéquence de sol en terme de taxonomie par pyroséquençage 16S, non corrélée à la diversité fonctionnelle observe par puces à ADN.
- L’approche réalisée à microéchelle (micro-agrégat) a permis de générer des collections de souches bactériennes qui sont en cours de caractérisation taxonomique et fonctionnelle.
- Les résultats préliminaires obtenus à partir de minéraux incubés pendant 2.5 ans en sols forestiers ont révélé une différentiation des communautés bactériennes et fongiques en fonction du type de minéral.
Les premiers résultats obtenus dans le cadre du projet INABACT montrent que les communautés microbiennes sont fortement pilotées par leur environnement. Notamment, nous avons mis en évidence par les approches Pasteuriennes et indépendantes de la mise en culture que les communautés bactériennes sont fortement impactées par l’arbre (effet rhizosphère) et par le type de sol (effet sol). Nos résultats obtenus in situ ou en microcosmes suggèrent que Fagus sylvatica sélectionne des communautés bactériennes spécifiques en fonction des conditions de sol.
Dans les années à venir, nos recherches seront focalisées sur la poursuite des travaux sur la diversité taxonomique et fonctionnelle, avec un focus spécifique sur l’impact de la disponibilité en nutriments. Les analyses sur le potentiel fonctionnel des bactéries issues de l’interface calcaire/racine collectées en profondeur (1m50) sont en cours et devraient nous permettre de mieux apprécier le rôle des communautés bactériennes dans les cycles des éléments chimiques et dans la nutritions des arbres, notamment dans ces sols calcaires. Des approches en microcosmes seront développées pour déterminer si un amendement en éléments nutritif inorganique impacte la structuration et la diversité des communautés bactériennes du sol. L’ensemble de ces données générées dans le cadre de ce projet permettra d’améliorer notre compréhension des relations complexes existants entre la fertilité du sol, la nutrition des arbres et le fonctionnement microbien. L’ensemble des données générées et analysées à ce jour sont en cours de valorisation sous la forme de publications.
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Publication:
Jeanbille, M., Buée, M., Bach, C., Cébron, A., Frey-Klett, P, Turpault, M-P., Uroz, S. Soil parameters drive the structure, diversity and functions of the bacterial communities across a temperate beech forest soil sequence. Microbial Ecology. In press.
Conferences:
– Colloque de l’Association française d’écologie microbienne (AFEM), (Anglet, France) 3-6 novembre 2015. Impact of nutrient availability on the structure of the forest bacterial communities : Insights from the Montiers soil succession O. Nicolitch, Y. Colin, M-P. Turpault, S. Uroz (Oral).
– Summer school ‘Function of microbial communities in soils: biotic interactions’ (Neuherberg, Germany) 31th august-11th september 2015. Mineral weathering in forest soils: focus on the bacterial communities. Uroz et al. (Oral); Impact of nutrient availability on the structure of the forest bacterial communities : Insights from the Montiers soil succession O. Nicolitch, Y. Colin, M-P. Turpault, S. Uroz (Poster)
-Colloque ‘Expérimentation sur le site de Montiers’ (Champenoux, France) 20 mars 2015. Relation entre le type de sol et la structure taxonomique et fonctionnelle des communautés bactériennes, S. Uroz et al. (Oral)
– First Global Soil Biodiversity Conference (Dijon, France) 2-5 décembre 2014. Impact of soil type on the structure of the microbial communities: Insights from the Montiers-sur-Saulx soil succession. Nicolitch, O., Jeanbille, M., Buée M., Colin Y., Turpault M-P., Frey-Klett P. and Uroz S. (Poster)
