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Cet ouvrage décrit les dernières avancées de la recherche sur le patrimoine microbiologique des sols français, son déterminisme et les fonctions qu’il porte.

Atlas français des bactéries du sol

Cet ouvrage décrit les dernières avancées de la recherche sur le patrimoine microbiologique des sols français, son déterminisme et les fonctions qu’il porte.

Publié le 24/01/2019

Les sols abritent des communautés vivantes qui dépassent nos capacités de perception, par leur taille microscopique, mais aussi par leur incroyable foisonnement : un seul gramme de sol peut contenir plusieurs milliards de bactéries et plusieurs millions de champignons ! Dans ce même gramme de sol, on peut distinguer entre 100 000 et un million d’espèces de bactéries... Rien dans notre environnement quotidien, si ce n’est un ciel étoilé, ne nous prépare à une pareille abondance et une telle diversité. 

Le travail réalisé par l’unité de recherche Agroécologie à l’Inra de Dijon qui étudie l’écologie microbienne des sols a permis de faire l’inventaire des communautés bactériennes des sols de France. Pour cela, les techniques les plus en pointe de séquençage d’ADN ont été utilisées et ces travaux ont débouché sur la réalisation d’un atlas qui nous offre un panorama de ces communautés bactériennes, nous sensibilisant à leur importance dans la qualité et la fertilité des sols.  Un ouvrage unique tant par le sujet traité, que par des représentations originales qui permettent d’appréhender le monde bactérien des sols. Cet atlas est construit en six parties :

• La première partie rappelle et vulgarise les grandes généralités scientifiques et techniques nécessaires à la bonne compréhension des parties.

• La seconde partie décrit les méthodologies utilisées pour la réalisation de cet Atlas, de l’échantillonnage à l’analyse des données en passant par les méthodes moléculaires et bio-informatique de l’acquisition des données microbiologiques. • La troisième partie consiste en un portfolio de photos de souches bactériennes isolées des sols. Cinq grands phyla ou sous-phyla sont représentés.

• La quatrième partie présente la distribution à l’échelle du territoire national d’indicateurs microbiens globaux : la biomasse moléculaire microbienne ; la diversité bactérienne ; la structure des communautés bactériennes ; et les réseaux d’interactions biotiques entre taxons bactériens. Chaque indicateur est décrit par une fiche synthétisant à la fois des informations générales et une analyse de sa distribution spatiale (cartographie et interprétation des facteurs environnementaux influents).

• La cinquième partie s’intéresse plus spécifiquement aux taxons bactériens identifiés dans les sols de France. Cette partie est aussi organisée sous forme de fiches pour chaque taxon bactérien référencé dans les sols français (analysé ici à l’échelle du phylum).

• La sixième et dernière partie définit les grands habitats des bactéries des sols en France. La caractérisation de tels habitats constitue une approche innovante et s’appuie sur l’intégration et la confrontation de toutes les données environnementales disponibles et des variations de composition des communautés bactériennes.

 

Les auteurs :

Battle Karimi est post-doctorante dans l’UMR Agroécologie à l’Inra de Dijon et s’intéresse à l’écologie des communautés microbiennes. Elle a intégré l’équipe de recherche Biocom en 2016 afin d’analyser l’ensemble des données environnementales et microbiologiques issues du RMQS (Réseau de Mesures de la Qualité des Sols) et de les valoriser sous la forme du présent ouvrage.

Nicolas Chemidlin-Prévost Bouré est maître de conférences en biologie des sols à AgroSup Dijon et membre de l’UMR Agroécologie. Spécialisé en écologie des communautés microbiennes de sol, il s’intéresse particulièrement à la biogéographie des micro-organismes, c’est-à-dire à leur distribution dans l’espace et dans le temps en lien avec les facteurs de l’environnement.

Samuel Dequiedt est ingénieur d’étude à l’Inra de Dijon dans l’UMR Agroécologie. Expert dans la gestion des données et les analyses statistiques, il intervient dans les projets portant sur l’écologie microbienne à grande échelle (RMQS, paysages agricoles...). 

Sébastien Terrat est maître de Conférences à l’université de Bourgogne-Franche-Comté et membre de l’UMR Agroécologie. Spécialisé en écologie microbienne du sol et en bio-informatique.

Lionel Ranjard est directeur de recherche à l’Inra de Dijon dans l’UMR Agroécologie. Il est spécialiste en écologie microbienne du sol et a coordonné depuis 2006 différents projets (ANR, Ademe, France Génomique, Eu) qui ont permis de développer la thématique de biogéographie microbienne par l’application des outils de métagénomique du sol sur le RMQS. Il a coordonné la publication de l’ouvrage avec la maison d’éditions Biotope. 

 

Editions Biotope / Publications scientifiques du MNHN - 192 pages, 2018 – 30 euros

EXTRAITS

Grâce à leur immense diversité et à leur potentiel d’adaptation, les bactéries du sol se maintiennent et se développent dans des conditions extrêmement variées en termes de température, de salinité, d’acidité, de disponibilité de l’oxygène, d’humidité mais également en termes de contaminations toxiques ou à risque pour la survie des organismes. Le principal critère de développement des bactéries est l’accès à une source d’énergie et à une source de carbone qu’elles puissent exploiter avec leur appareillage cellulaire. Certaines bactéries sont capables d’exploiter des composés toxiques comme source d’énergie et/ou de carbone pour leur croissance. Ce processus biochimique naturel s’appelle la bioremédiation. Cette capacité des bactéries leur donne un rôle clé dans le fonctionnement des sols et dans le maintien de la qualité de ces écosystèmes. 

Les contaminants présents dans les sols résultent des activités agricoles, industrielles ou urbaines des populations humaines (Figure 8 ci-contre). Ces origines multiples impliquent que les types de contaminants qui peuvent se trouver dans les sols sont très variés. Les molécules constitutives de ces contaminants sont organiques ou minérales

(...) Selon les connaissances actuelles, des souches bactériennes impliquées dans la dégradation d’un grand nombre de contaminants ont été identifiées. Cependant certains polluants semblent non bio-dégradables ou non bio-transformables comme le Cadmium et le Plomb, des métaux lourds très difficilement adsorbés et métabolisés par les organismes (Vidali, 2001).  

 

Les réseaux d’interactions bactériens sont traduits en termes de relations de coopération ou d’antagonisme entre les bactéries au sein d’un même environnement. Les relations de coopération indiquent un effet positif entre les organismes en interaction alors que les relations antagonistes indiquent des effets négatifs. Les deux types de coopération les plus connus sont : i) le mutualisme qui a pour but de faciliter l’accès des organismes aux ressources et ainsi de favoriser leur développement ; ii) le commensalisme, une interaction favorable à un des organismes sans avoir d’effet significatif sur le second. Les deux types d’antagonisme les plus connus sont : i) la prédation où un organisme se nourrit de l’autre ; ii) l’amensalisme, où un des organismes lèse l’autre en produisant des composés toxiques ou en altérant l’habitat (par modification du pH par exemple).

(...) Lorsque l’on compare les réseaux d’interactions bactériens dans les sols en fonction des grands modes d’usage rencontrés en France (forêts, prairies, cultures, vignes et vergers), il est possible d’observer une perte de 36 % de la complexité et de la stabilité du réseau lorsque l’on passe des forêts aux vignes/vergers. Cette perte au niveau des sols agricoles peut se traduire par une dégradation de la qualité et de la stabilité du fonctionnement biologique du sol.  

 

La définition des espèces a historiquement été basée sur les caractéristiques morphologiques des organismes. Cette approche n’est malheureusement pas applicable aux micro-organismes. De ce fait, pour caractériser un micro-organisme, les informations issues de l’ADN sont utilisées. Toutefois, plutôt que d’utiliser la totalité de l’information du génome, certaines parties (généralement des gènes) peuvent être ciblées pour obtenir une bonne caractérisation. On appelle ces régions des marqueurs taxonomiques. Pour qu’une région soit considérée comme un bon marqueur, elle doit avoir plusieurs caractéristiques :  • elle doit être présente chez tous les organismes vivants étudiés ;  • elle doit comporter des zones conservées entre organismes pour facilement les cibler par des approches de biologie moléculaire ; 
 • elle doit comporter des zones variables propres à chaque espèce pour facilement discriminer les organismes étudiés ; 
 • la région ciblée doit être « contrainte », c’est-à-dire qu’elle doit assurer des fonctions essentielles à la survie des organismes (des mutations même minimes doivent limiter fortement la survie des organismes). 


L’un des groupes de marqueurs les plus connus et étudiés est celui regroupant les gènes codant pour les ARN ribosomiques. Ainsi, le gène codant pour l’ARN ribosomique 16S est généralement utilisé pour les bactéries.