Ultraviolet stress delays chromosome replication in light/dark synchronized cells of the marine cyanobacterium Prochlorococcus marinus PCC9511.

International audienceBACKGROUND: The marine cyanobacterium Prochlorococcus is very abundant in warm, nutrient-poor oceanic areas. The upper mixed layer of oceans is populated by high light-adapted Prochlorococcus ecotypes, which despite their tiny genome (approximately 1.7 Mb) seem to have developed efficient strategies to cope with stressful levels of photosynthetically active and ultraviolet (UV) radiation. At a molecular level, little is known yet about how such minimalist microorganisms manage to sustain high growth rates and avoid potentially detrimental, UV-induced mutations to their DNA. To address this question, we studied the cell cycle dynamics of P. marinus PCC9511 cells grown under high fluxes of visible light in the presence or absence of UV radiation. Near natural light-dark cycles of both light sources were obtained using a custom-designed illumination system (cyclostat). Expression patterns of key DNA synthesis and repair, cell division, and clock genes were analyzed in order to decipher molecular mechanisms of adaptation to UV radiation. RESULTS: The cell cycle of P. marinus PCC9511 was strongly synchronized by the day-night cycle. The most conspicuous response of cells to UV radiation was a delay in chromosome replication, with a peak of DNA synthesis shifted about 2 h into the dark period. This delay was seemingly linked to a strong downregulation of genes governing DNA replication (dnaA) and cell division (ftsZ, sepF), whereas most genes involved in DNA repair (such as recA, phrA, uvrA, ruvC, umuC) were already activated under high visible light and their expression levels were only slightly affected by additional UV exposure. CONCLUSIONS: Prochlorococcus cells modified the timing of the S phase in response to UV exposure, therefore reducing the risk that mutations would occur during this particularly sensitive stage of the cell cycle. We identified several possible explanations for the observed timeshift. Among these, the sharp decrease in transcript levels of the dnaA gene, encoding the DNA replication initiator protein, is sufficient by itself to explain this response, since DNA synthesis starts only when the cellular concentration of DnaA reaches a critical threshold. However, the observed response likely results from a more complex combination of UV-altered biological processes

A comparison of national approaches to setting ecological status boundaries in phytobenthos assessment for the European Water Framework Directive: results of an intercalibration exercise

The European Union (EU)'s Water Framework Directive (WFD) requires that all Member States participate in intercalibration exercises in order to ensure that ecological status concepts and assessment levels are consistent across the EU. This paper describes one such exercise, performed by the countries in the Central/Baltic Geographical Intercalibration Group stretching from Ireland in the west to Estonia in the east and from the southern parts of Scandinavia to the northern regions of Spain and Italy (but excluding alpine regions, which were intercalibrated separately). In this exercise, methods used to measure ecological status of rivers using benthic diatoms were compared. Ecological status is estimated as the ratio between the observed value of a biological element and the value expected in the absence of significant human impact. Approaches to defining the 'reference sites', from which these 'expected' values were derived, varied from country to country. Minimum criteria were established as part of the exercise but there was still considerable variation between national reference values, reflecting typological differences that could not be resolved during the exercise. A simple multimetric index was developed to compare boundary values using two widely used diatom metrics. Boundary values for high/good status and good/moderate status set by each participant were converted to their equivalent values of this intercalibration metric using linear regression. Variation of ±0.05 EQR units around the median value was considered to be acceptable and the exercise provided a means for those Member States who fell significantly above or below this line to review their approaches and, if necessary, adjust their boundaries

The recovery of European freshwater biodiversity has come to a halt

Owing to a long history of anthropogenic pressures, freshwater ecosystems are among the most vulnerable to biodiversity loss1. Mitigation measures, including wastewater treatment and hydromorphological restoration, have aimed to improve environmental quality and foster the recovery of freshwater biodiversity2. Here, using 1,816 time series of freshwater invertebrate communities collected across 22 European countries between 1968 and 2020, we quantified temporal trends in taxonomic and functional diversity and their responses to environmental pressures and gradients. We observed overall increases in taxon richness (0.73% per year), functional richness (2.4% per year) and abundance (1.17% per year). However, these increases primarily occurred before the 2010s, and have since plateaued. Freshwater communities downstream of dams, urban areas and cropland were less likely to experience recovery. Communities at sites with faster rates of warming had fewer gains in taxon richness, functional richness and abundance. Although biodiversity gains in the 1990s and 2000s probably reflect the effectiveness of water-quality improvements and restoration projects, the decelerating trajectory in the 2010s suggests that the current measures offer diminishing returns. Given new and persistent pressures on freshwater ecosystems, including emerging pollutants, climate change and the spread of invasive species, we call for additional mitigation to revive the recovery of freshwater biodiversity.publishedVersio

The recovery of European freshwater biodiversity has come to a halt

Owing to a long history of anthropogenic pressures, freshwater ecosystems are among the most vulnerable to biodiversity loss1. Mitigation measures, including wastewater treatment and hydromorphological restoration, have aimed to improve environmental quality and foster the recovery of freshwater biodiversity2. Here, using 1,816 time series of freshwater invertebrate communities collected across 22 European countries between 1968 and 2020, we quantified temporal trends in taxonomic and functional diversity and their responses to environmental pressures and gradients. We observed overall increases in taxon richness (0.73% per year), functional richness (2.4% per year) and abundance (1.17% per year). However, these increases primarily occurred before the 2010s, and have since plateaued. Freshwater communities downstream of dams, urban areas and cropland were less likely to experience recovery. Communities at sites with faster rates of warming had fewer gains in taxon richness, functional richness and abundance. Although biodiversity gains in the 1990s and 2000s probably reflect the effectiveness of water-quality improvements and restoration projects, the decelerating trajectory in the 2010s suggests that the current measures offer diminishing returns. Given new and persistent pressures on freshwater ecosystems, including emerging pollutants, climate change and the spread of invasive species, we call for additional mitigation to revive the recovery of freshwater biodiversity.N. Kaffenberger helped with initial data compilation. Funding for authors and data collection and processing was provided by the EU Horizon 2020 project eLTER PLUS (grant agreement no. 871128); the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF; 033W034A); the German Research Foundation (DFG FZT 118, 202548816); Czech Republic project no. P505-20-17305S; the Leibniz Competition (J45/2018, P74/2018); the Spanish Ministerio de Economía, Industria y Competitividad—Agencia Estatal de Investigación and the European Regional Development Fund (MECODISPER project CTM 2017-89295-P); Ramón y Cajal contracts and the project funded by the Spanish Ministry of Science and Innovation (RYC2019-027446-I, RYC2020-029829-I, PID2020-115830GB-100); the Danish Environment Agency; the Norwegian Environment Agency; SOMINCOR—Lundin mining & FCT—Fundação para a Ciência e Tecnologia, Portugal; the Swedish University of Agricultural Sciences; the Swiss National Science Foundation (grant PP00P3_179089); the EU LIFE programme (DIVAQUA project, LIFE18 NAT/ES/000121); the UK Natural Environment Research Council (GLiTRS project NE/V006886/1 and NE/R016429/1 as part of the UK-SCAPE programme); the Autonomous Province of Bolzano (Italy); and the Estonian Research Council (grant no. PRG1266), Estonian National Program ‘Humanitarian and natural science collections’. The Environment Agency of England, the Scottish Environmental Protection Agency and Natural Resources Wales provided publicly available data. We acknowledge the members of the Flanders Environment Agency for providing data. This article is a contribution of the Alliance for Freshwater Life (www.allianceforfreshwaterlife.org).Peer reviewe

Lien entre la toxicité, la contamination des milieux aquatiques mesurés chez Gammarus fossarum et la perturbation des communautés biologiques Rapport final

Les concentrations en contaminants biodisponibles, mesurées chez des espèces d’invertébrés bio-indicatrices, ont déjà été utilisées avec succès pour établir des liens entre la pression chimique et les dégradations des communautés d’invertébrés, ceci à l’échelle d’un cours d’eau ou de petits bassins versants. Cependant, la mise en œuvre de cette approche comparative et empirique à une plus grande échelle spatiale demeure un défi en raison de la diversité des contextes biogéographiques. Au niveau national, il est d’une part difficile de trouver une espèce sentinelle répartie sur l’ensemble du territoire et d’autre part, l’impact de facteurs biotiques (état physiologique des organismes, espèces, historique d’exposition, mécanismes d’adaptation) joue un rôle important sur la concentration accumulée et donc la possibilité de comparer les systèmes hydriques étudiés. Dans nos travaux précédents, il a été montré que l’utilisation de l’encagement d’organismes calibrés et de référence permet d’utiliser un outil commun pour la biosurveillance des milieux aquatiques et à une large échelle géographique, en limitant l’influence de facteurs de confusion sur les niveaux de contamination biodisponible (concentration accumulée). Dans la présente étude, les niveaux de contamination biodisponible en Cd, Hg, Ni et Pb, évaluées par biosurveillance active avec l’amphipode Gammarus fossarum, ont été comparés à l’abondance des gammaridés natifs, sur 94 sites répartis en France. Les densités de gammares pour chaque site d’étude ont été extraites des ba’eeses de données du programme de surveillance de l’état écologique, mis en œuvre par les agences françaises de l’eau dans le cadre de la directive cadre sur l’eau. Les abondances relatives ont été déterminées, intégrant l’influence de la typologie physico-chimique des cours d’eau sur leur capacité maximale à accueillir des gammaridés, afin de pourvoir comparer les niveaux d’abondances observés sur les 94 sites étudiés. Les résultats montrent un lien clair entre la densité en gammares et les niveaux de contamination biodisponible pour trois des quatre éléments métalliques étudiés (Cd, Ni et Pb). Des concentrations seuils dans les organismes encagés au-dessus desquels la densité de gammares natifs dans le cours d’eau est anormalement faible – seuil de concentration biodisponible d’effet écologique (BEAC) - ont été déterminées. La fiabilité et la validité des BEAC, leur comparaison avec les BBAC (valeur seuil de contamination biodisponible) et leur utilité en termes de priorisation des contaminants, des sites dans la gestion des milieux aquatiques continentaux, sont discuté

Réponse des indicateurs biotiques de cours d’eau aux pressions et extrapolation de l’état biologique aux masses d’eau non suivies

International audiencePour des raisons techniques et économiques, toutes les masses d’eau européennes ne bénéficient pas d’un suivi direct de leur qualité établi à partir d’une collecte régulière de données biologiques. En France, cela représente environ dix mille sites. Pour combler ces lacunes, des chercheurs d’INRAE ont mis au point un ensemble de modèles capables de prédire avec un bon taux de réussite l’état écologique de ces masses d’eau à partir d’un jeu de données de pressions. Si ce type d’outil prédictif est d’un intérêt majeur pour les gestionnaires, il ne doit cependant pas être considéré comme une approche antagoniste à l'amélioration du réseau de surveillance mais plutôt comme un moyen de fournir un cadre général pour aider les politiques de l'eau

Vers une évaluation physico-chimique en cohérence avec la biologie des milieux aquatiques continentaux

La directive cadre européenne sur l'eau exige des États membres la production d’indicateurs physico-chimiques devant traduire le fonctionnement des écosystèmes et la production de valeurs seuils correspondant à différents niveaux de leur dégradation. Or, en France, ces données manquent en raison notamment de la diversité des écosystèmes et de la faible connaissance des conditions physico-chimiques réelles et de leurs interactions avec les multiples pressions anthropiques. C’est dans ce contexte que trois équipes de recherche de INRAE et de l’OFB ont mis au point des méthodes statistiques innovantes pour déterminer des valeurs seuils physico-chimiques calées sur les indicateurs biologiques, plus réalistes et plus protectrices des milieux aquatiques

Impact des pressions toxiques multiples dans les cours d'eau : de la difficulté à déterminer un indice unique

International audienceLes activités humaines rejettent dans les cours d’eau un cortège de substances nocives pour la santé des écosystèmes. Dans ce contexte la Directive Cadre Européenne sur l’Eau impose de mettre en place des programmes de surveillance mais ces outils répondent à des objectifs de qualité fixés indépendamment pour chaque substance et ne permettent pas d’appréhender l’impact des différents polluants en mélange. Pourtant il est reconnu que ces mélanges peuvent engendrer des effets même si leurs composants sont présents à des concentrations inférieures aux seuils de gestion ou réglementaires individuels.L’impact des pressions toxiques multiples de substances sur les milieux aquatiques a été étudié pour le Rhône par la détermination du pourcentage d’espèces potentiellement affectées par un mélange (indice ΔPAFms). Les données chimique et radiologique (> 1000 substances) acquises sur deux stations (en amont de Lyon et à Arles) de 2010 à 2017 ont été utilisées pour évaluer l’évolution spatio-temporelle de l’indice.Si l’approche a permis de révéler que l’impact résulte principalement de la présence de certains métaux (cuivre, nickel, vanadium et zinc) et dans une moindre mesure des dichlorodiphényl-trichloroéthanes et des hydrocarbures aromatiques polycycliques, il est difficile de généraliser cette méthode de par l’hétérogénéité des données induite par : (1) les méthodes et fréquences de prélèvements des échantillons, (2) les polluants mesurés et limites métrologiques, (3) l’absence de données d’écotoxicité pour certaines substances.Cette approche a mis en avant l’importance d’introduire de la cohérence spatiale, temporelle et compartimentale dans les réseaux de surveillance. Les méthodes d’analyse à mettre en œuvre devraient être réfléchies au regard de l’utilisation ultérieure des données recueillies, pour limiter l’influence des extrapolations requises pour pallier aux données absentes et non quantifiées. De même, il est nécessaire de poursuivre les travaux de recherche sur l’écotoxicité des substances, qui font défaut pour encore un grand nombre de polluants

Direct photodegradation of 36 organic micropollutants under simulated solar radiation: Comparison with free-water surface constructed wetland and influence of chemical structure

International audienceMicropollutants such as pharmaceuticals and pesticides are still found in treated municipal effluent and are discharged into the natural environment. Natural direct photodegradation may be one pathway for removing these micropollutants in treatment processes such as free-water surface constructed wetlands (CW). This work was set out to evaluate the half-life (t 1/2) of direct photodegradation of 36 micropollutants under controlled conditions of light exposure close to solar radiation. The results allowed to classify the micropollutants into three groups (fast, medium and slow). Seven micropollutants were classified in the fast group with t 1/2 between 0.05 h and 0.79 h, 24 in the medium group with t 1/2 between 5.3 h and 49.7 h, and five in the slow group with t 1/2 between 56 h and 118 h. The t 1/2 values obtained in laboratory were compared with those from a CW receiving treated wastewater. Correction factors were calculated to adjust the in situ data for the light intensity in laboratory and improved the correspondence especially for the micropollutants of the fast and medium groups. Finally, an innovative method based on statistical tests highlighted the chemical functions characteristic of micropollutants sensitive to photodegradation (OH-C˭O, C˭N-O-, =N-OH,-CH=N,-O-P˭O,-C˭C-) and with low sensitivity (-OR ,-Cl)