Les micro-organismes photosynthétiques des sols (micro-algues et cyanobactéries) comme bio-indicateurs des stress .phytosanitaires

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Les microorganismes photosynthetiques des sols (micro-algues et cyanobacteries) comme bioindicateurs des stress phytosanitaires

National audienceLes indicateurs microbiens plus ou moins normalisés utilisés pour évaluer les impacts des pratiques agricoles ou de contaminations, manquent de sensibilité et de généricité vis-à-vis des stress phytosanitaires. Les microorganismes phototrophes édaphiques majoritairement représentés par des cyanobactéries et micro-algues constituent un modèle biologique innovant à promouvoir pour le développement de bioindicateurs d’exposition aux herbicides. En effet, ils pourraient être plus sensibles et plus directement impactés par les herbicides, que les bactéries et champignons qui sont le plus souvent étudiés. Néanmoins, les connaissances disponibles sur la biodiversité et les réponses de ces communautés microbiennes photosynthétiques, aux stress (environnementaux, contaminants) sont limitées dans les sols agricoles. Le projet COMIPHO vise à évaluer leur potentiel bioindicateurs, à l’égard de stress herbicide. Un des objectifs est de développer des marqueurs et approches moléculaires permettant de suivre leur diversité et structure génétique. Divers marqueurs génétiques de ces communautés sont déjà utilisés en milieu aquatique. En fonction des exigences des méthodes moléculaires choisies (qPCR, fingerprint, séquençage), des compromis de taille d’amplicons et de spécificité vis-à-vis de divers groupes taxon omiques ont été nécessaires. Des tests de faisabilités sont en cours, afin de caractériser les communautés de cyanobactéries et de diatomées (marqueurs spécifiques) ou les micro-algues dans leur ensemble (marqueurs généralistes), sous différents systèmes de cultures (biologique vs. conventionnel). Afin de caractériser les taxons tolérants ou sensibles aux herbicides, tout en s’affranchissant des facteurs édaphiques, des expérimentations en cosmes sont également analysés

Les communautés microbiennes photosynthétiques (cyanobactéries et micro-algues) comme bioindicateurs de stress phytosanitaires dans les sols agricoles

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Importance of agricultural practices on functional diversity of soil microbiota: first tracks of response with a diachronic study of biogeochemical cycles

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Les microalgues et cyanobactéries des sols : quels apports pour l’écotoxicologie terrestre

Les microorganismes photosynthétiques (cyanobactéries et microalgues) des sols pourraient constituer des bioindicateurs pertinents à l’égard des pressions phytosanitaires, à l’instar des milieux aquatiques. Néanmoins, les connaissances disponibles sur leur écologie dans les sols et leurs réponses aux stress sont limitées. Des développements méthodologiques (biochimiques et moléculaires) ont été réalisés afin d’identifier des marqueurs biochimiques et moléculaires pertinents pour décrire les effets de phytosanitaires sur la biomasse et la diversité des communautés microalgales. Des études en microcosmes contrôlés au laboratoire, complétés par des suivis au champ (systèmes de culture Biologique (Bio) ou Conventionnel (Conv)) ont été réalisées pour mieux connaitre la biodiversité et tester la pertinence de ces communautés comme indicateurs de stress phytosanitaires. Des approches expérimentales et des outils biochimiques et moléculaires ont été développés. Dans des approches en microcosmes, l’analyse de la chlorophylle-a(proxy de biomasse) et de la diversité pigmentaire ont mis en évidence des effets de l’herbicide isoproturon (IPU) sur les communautés microbiennes photosynthétiques, dès la dose agronomique. L’étude de l’impact d’IPU sur le rôle fonctionnel assuré par les microalgues et cyanobactéries édaphiques, en tant que biofilm microbien superficiel, a révélé des effets significatifs sur des activités microbiennes de recyclage et acquisition de nutriments ainsi que sur l’agrégation des sols. Les premières études moléculaires démontrent l’existence d’une diversité taxonomique insoupçonnée de microalgues et cyanobactéries, dans les sols de grande culture. Des effets importants du système de culture (Bio vs.Conv) ont été décrits sur la structure et la diversité taxonomique de ces communautés microbiennes. Une méthodologie PICT (Pollution-Induced Community Tolerance) a mis en évidence l’acquisition de tolérance à l’IPU des communautés du sol sous conduite «Conv» (traité annuellement avec cette molécule), par rapport à un sol sous conduite «Bio» ne recevant aucun pesticide.Les microalgues et cyanobactéries des sols constituent un modèle biologique innovant pour développer des bioindicateurs de pressions et d’exposition aux herbicides. Elles sont impactées à des doses auxquelles les indicateurs d’activités et de structure des communautés bactériennes ou fongiques ne répondent pas. De meilleures connaissances de leur écologie dans les sols demeurent indispensable

The significance of soil microalgae and cyanobacteria to assess pesticide stresses, in agricultural soils

Standardized soil microbial indicators, used to assess the impacts of agricultural practices and/or contaminations, lack of sensitivity and genericity against pesticide stresses, especially for herbicides. Soil photosynthetic microorganisms, mainly represented by micro-algae (chlorophyceae, xanthophyceae and diatoms) and cyanobacteria, can growth in soil surface. So, they could be an original microbiological model for herbicides risk assessment in agricultural soils. Nevertheless, their structural and functional biodiversity and the environmental factors influencing their communities are still largely unknown. Then, to improve our understanding of these photosynthetic microorganisms, we need to 1) develop biochemical and molecular methods to characterize their activities and genetic diversity and 2) analyse their responses to herbicides in agricultural soils. Several methodologies commonly used for aquatic systems were adapted to soil. Cultural approaches are still helpful to isolate edaphic species for further ecotoxicological tests and barcoding approaches. Photosynthetic pigments can provide biomass (chlorophyll-a) or structural (pigment diversity) indicators. Severalgenetic markers from aquatic studies were successfully applied on soils samples, but a current limit is the lack of databases of these specific genetic markers. Toxic effects on photosynthetic microbial biomass anddiversity have been evidenced at doses close to recommended field rates, throughout field and microcosm approaches. The comparison of the responses of photosynthetic microbial communities, betweendifferent cropping systems (organic vs. conventional), highlighted a tolerance increase for some herbicides in conventional soils. Genetic diversity characterization of micro-algal and cyanobacterial communities in these cropping systems, provides further results to identify taxa relating to tolerance. Then, various genus of microalgaeand cyanobacteria have been identified for their high sensitivity to herbicides. Overall, micro-algal and cyanobacterial communities showed a higher sensitivity to herbicide in soils, compared to commonly studied bacterial and fungal community. These innovative investigations demonstrate the suitable issues of soil photosynthetic microorganisms as indicators reporting non-target impacts of herbicides on soil biodiversity and functioning. Prospects for monitoring remediation of polluted soils (heavy metals, HAP) should be considere

Quel impact à long terme des antibiotiques persistants apportés au sol lors de l’épandage de lisiers ?

Quel impact à long terme des antibiotiques persistants apportés au sol lors de l’épandage de lisiers ?. 4ème Séminaire d’Ecotoxicologie de l’INR