Seasonal organization of planktonic microbial communities with emphasis on the diversity and ecology of blooming taxa

Les efflorescences sont un phénomène naturel dans les écosystèmes marins côtiers, soutenant les chaînes alimentaires. Comprendre la dynamique des microbes marins est crucial pour améliorer notre capacité à prédire les conséquences environnementales des changements globaux. La Manche Orientale (MO) est un écosystème côtier, méso-eutrophe sous l'influence des marées, caractérisé par une efflorescence printanière de l'haptophyte Phaegocystis globosa. Outre P. globosa, d'autres microbes planctoniques, présentent des proliférations ou des augmentations de leur abondance. Si l'efflorescence de Phaegocystis est relativement bien étudiée, les mécanismes régulant les autres taxons proliférant dans la MO sont encore mal connus. L'objectif de cette thèse était d'étudier les mécanismes d'organisation saisonniers des communautés microbiennes et des taxons qui présentent des efflorescences de différents groupes microbiens. En particulier, cette thèse a examiné les processus écologiques par une approche d'écologie communautaire et par les interactions potentielles. Le travail présenté dans ce manuscrit est basé sur l'analyse par microscopie, cytométrie, et métabarcoding de l'ADN (18S et 16S). Des échantillons en sub-surface ont été collectés sur cinq ans (2016-2020, 322 échantillons) dans cinq stations (15 km) aux le réseau national d'observation SOMLIT (S1, S2) et au transect local DYPHYRAD (R1, R2, R4). Deux fréquences d'échantillonage différentes ont été utilisées pour mieux capturer les variations temporelles des communautés planctoniques (toutes les 2 semaines de 2016 à 2020 et à une fréquence plus élevée de 2018 à 2020). La microscopie et la cytométrie ont permis d'estimer l'abondance et la biomasse, et le métabarcoding a fourni une évaluation plus étendue de la diversité. Dans la première partie de cette thèse, les processus écologiques régulant l'organisation saisonnière des communautés de phytoplancton ont été étudiés. Les processus déterministes ont dominé en hiver et au début du printemps, tandis que les processus stochastiques dominaient en été lorsque des proliférations transitoires se produisaient. Les processus déterministes et stochastiques ont joué tous deux un rôle significatif dans la formation des communautés de phytoplancton en automne. Dans la deuxième partie, la dynamique des bactéries hétérotrophes et leurs interactions potentielles ont été étudiées lors des proliférations récurrentes de P. globosa et de transitoires diatomées à l'aide de l'analyse de similarité locale étendue (eLSA). Les bactéries hétérotrophes ont présenté des patrons saisonniers et "épisodiques" liés aux proliférations transitoires de diatomées. Il a été démontré que les efflorescences de diatomées et de P. globosa définissent des communautés bactériennes distinctes qui étaient saisonnières et/ou liées aux substrats phytoplanctoniques. Dans la troisième partie de cette thèse, les dynamiques interannuelles, la diversité, les processus écologiques et les hôtes potentiels des endosymbiotes du groupe II Syndiniales ont été étudiés. Cette étude a révélé l'existence de populations locales présentant des patrons temporels cohérents. Les Syndiniales du groupe II ont atteint leur maximum en été, en même temps que le dinoflagellé mixotrophe Prorocentrum minimum. Les processus écologiques stochastiques ont prédominé dans l'assemblage de la communauté, mais des processus déterministes ont été remarquables en été, suggérant des interactions spécifiques entre les Syndiniales et les dinoflagellés. Dans l'ensemble, cette thèse a fourni une image complète des microbes planctoniques dans la MO. Elle a permis de souligner la nécessité d'approches complémentaires dans les recherches associées aux observatoires, et a plaidé en faveur de fréquences d'échantillonnage aussi élevées que possible. Dans un contexte plus large, la prévalence des processus stochastiques rend les dynamiques saisonnières moins prévisibles a priori face aux changements environnementaux futurs.Blooms are an important, widespread natural phenomenon in coastal ecosystems supporting marine food webs. Understanding the dynamics of marine microbes is thus crucial for enhancing our ability to predict accurately the environmental consequences of local and global changes. The Eastern English Channel (EEC) is a tidally mixed meso-eutrophic coastal ecosystem, characterized by spring nontoxic bloom of the haptophyte Phaeocystis globosa. Besides P. globosa, other planktonic microbes, including diatoms, dinoflagellates, bacteria and eukaryotic parasites present blooms or increases in relative abundance. While the major drivers defining P. globosa are generally well studied, little is known about the mechanisms regulating other blooming taxa in the EEC. The objective of this thesis was to investigate the seasonal organisation mechanisms of plankton microbial communities of different groups. In particular, this thesis looked into ecological processes through a community ecology approach, and explored potential interactions. The work presented in this manuscript is based on the analysis of microscopy, cytometry counts, and DNA metabarcoding (rRNA gene 18S V4 and 16S V3-V4) data. Sub-surface samples were collected one five years (2016-2020, 322 samples) at five neighbouring stations (Wimereux, Eastern English Channel; ca. 15 km) belonging to the national observatory network SOMLIT (S1, S2;https://www.somlit.fr/en) and to the local monitoring transect DYPHYRAD (R1, R2, R4). Two different sampling frequencies were conducted to better capture the temporal changes of plankton communities (bi-weelky during 2016-2020 and at a higher frequency during 2018-2020). Microscopy and cytometry allow estimating abundance and biomass, and metabarcoding provided a more extended evaluation of the diversity. In the first part of this thesis, the ecological processes regulating seasonal organisation of phytoplankton communities were investigated. Deterministic processes dominated in winter and early spring, while stochastic processes dominated in summer, where transient bloom occured. Both deterministic and stochastic processes played significant roles in shaping phytoplankton communities in autumn. In the second part of this thesis heterotrophic bacterial dynamics, and their potential interactions during P. globosa and transient diatom blooms were investigated by applying extended local similarity analysis (eLSA) to microscopic data for pytoplankton and 16S data for heterotrophic bacteria. Heterotrophic bacteria showed seasonal, and "episodic" patterns related to transient diatom blooms. It was evidenced that diatom and P.globosa blooms harbour distinct bacterial communities that were seasonally and/or substrate driven. In the third part of this thesis the interannual dynamics, diversity, ecological processes and potential hosts of the endosymbiots Syndiniales group II were investigated. Syndiniales Group II evidenced the existence of local populations and featured consistent temporal patterns. Syndiniales Group II peaked in summer along with the mixotrophic dinoflagellate Prorocentrum minimum (prevalence up to 38.5%). Stochastic ecological processes prevailed in community assembly, but deterministic ones were notable in summer suggesting specific Syndiniales-dinoflagellate interactions. Overall, this thesis provided a complete picture of the microbial planktonic microbes in the EEC, highlighted the need for complementary approaches in observatory surveys, and advocated for as high as possible sampling frequencies. In a broader context, the prevalence of stochastic processes renders a priori less predictable the seasonal dynamics to future environmental change

Organisation saisonnière des communautés microbiennes planctoniques en relation avec la diversité et l'écologie d'espèces responsables d'efflorescences

Blooms are an important, widespread natural phenomenon in coastal ecosystems supporting marine food webs. Understanding the dynamics of marine microbes is thus crucial for enhancing our ability to predict accurately the environmental consequences of local and global changes. The Eastern English Channel (EEC) is a tidally mixed meso-eutrophic coastal ecosystem, characterized by spring nontoxic bloom of the haptophyte Phaeocystis globosa. Besides P. globosa, other planktonic microbes, including diatoms, dinoflagellates, bacteria and eukaryotic parasites present blooms or increases in relative abundance. While the major drivers defining P. globosa are generally well studied, little is known about the mechanisms regulating other blooming taxa in the EEC. The objective of this thesis was to investigate the seasonal organisation mechanisms of plankton microbial communities of different groups. In particular, this thesis looked into ecological processes through a community ecology approach, and explored potential interactions. The work presented in this manuscript is based on the analysis of microscopy, cytometry counts, and DNA metabarcoding (rRNA gene 18S V4 and 16S V3-V4) data. Sub-surface samples were collected one five years (2016-2020, 322 samples) at five neighbouring stations (Wimereux, Eastern English Channel; ca. 15 km) belonging to the national observatory network SOMLIT (S1, S2;https://www.somlit.fr/en) and to the local monitoring transect DYPHYRAD (R1, R2, R4). Two different sampling frequencies were conducted to better capture the temporal changes of plankton communities (bi-weelky during 2016-2020 and at a higher frequency during 2018-2020). Microscopy and cytometry allow estimating abundance and biomass, and metabarcoding provided a more extended evaluation of the diversity. In the first part of this thesis, the ecological processes regulating seasonal organisation of phytoplankton communities were investigated. Deterministic processes dominated in winter and early spring, while stochastic processes dominated in summer, where transient bloom occured. Both deterministic and stochastic processes played significant roles in shaping phytoplankton communities in autumn. In the second part of this thesis heterotrophic bacterial dynamics, and their potential interactions during P. globosa and transient diatom blooms were investigated by applying extended local similarity analysis (eLSA) to microscopic data for pytoplankton and 16S data for heterotrophic bacteria. Heterotrophic bacteria showed seasonal, and "episodic" patterns related to transient diatom blooms. It was evidenced that diatom and P.globosa blooms harbour distinct bacterial communities that were seasonally and/or substrate driven. In the third part of this thesis the interannual dynamics, diversity, ecological processes and potential hosts of the endosymbiots Syndiniales group II were investigated. Syndiniales Group II evidenced the existence of local populations and featured consistent temporal patterns. Syndiniales Group II peaked in summer along with the mixotrophic dinoflagellate Prorocentrum minimum (prevalence up to 38.5%). Stochastic ecological processes prevailed in community assembly, but deterministic ones were notable in summer suggesting specific Syndiniales-dinoflagellate interactions. Overall, this thesis provided a complete picture of the microbial planktonic microbes in the EEC, highlighted the need for complementary approaches in observatory surveys, and advocated for as high as possible sampling frequencies. In a broader context, the prevalence of stochastic processes renders a priori less predictable the seasonal dynamics to future environmental change.Les efflorescences sont un phénomène naturel dans les écosystèmes marins côtiers, soutenant les chaînes alimentaires. Comprendre la dynamique des microbes marins est crucial pour améliorer notre capacité à prédire les conséquences environnementales des changements globaux. La Manche Orientale (MO) est un écosystème côtier, méso-eutrophe sous l'influence des marées, caractérisé par une efflorescence printanière de l'haptophyte Phaegocystis globosa. Outre P. globosa, d'autres microbes planctoniques, présentent des proliférations ou des augmentations de leur abondance. Si l'efflorescence de Phaegocystis est relativement bien étudiée, les mécanismes régulant les autres taxons proliférant dans la MO sont encore mal connus. L'objectif de cette thèse était d'étudier les mécanismes d'organisation saisonniers des communautés microbiennes et des taxons qui présentent des efflorescences de différents groupes microbiens. En particulier, cette thèse a examiné les processus écologiques par une approche d'écologie communautaire et par les interactions potentielles. Le travail présenté dans ce manuscrit est basé sur l'analyse par microscopie, cytométrie, et métabarcoding de l'ADN (18S et 16S). Des échantillons en sub-surface ont été collectés sur cinq ans (2016-2020, 322 échantillons) dans cinq stations (15 km) aux le réseau national d'observation SOMLIT (S1, S2) et au transect local DYPHYRAD (R1, R2, R4). Deux fréquences d'échantillonage différentes ont été utilisées pour mieux capturer les variations temporelles des communautés planctoniques (toutes les 2 semaines de 2016 à 2020 et à une fréquence plus élevée de 2018 à 2020). La microscopie et la cytométrie ont permis d'estimer l'abondance et la biomasse, et le métabarcoding a fourni une évaluation plus étendue de la diversité. Dans la première partie de cette thèse, les processus écologiques régulant l'organisation saisonnière des communautés de phytoplancton ont été étudiés. Les processus déterministes ont dominé en hiver et au début du printemps, tandis que les processus stochastiques dominaient en été lorsque des proliférations transitoires se produisaient. Les processus déterministes et stochastiques ont joué tous deux un rôle significatif dans la formation des communautés de phytoplancton en automne. Dans la deuxième partie, la dynamique des bactéries hétérotrophes et leurs interactions potentielles ont été étudiées lors des proliférations récurrentes de P. globosa et de transitoires diatomées à l'aide de l'analyse de similarité locale étendue (eLSA). Les bactéries hétérotrophes ont présenté des patrons saisonniers et "épisodiques" liés aux proliférations transitoires de diatomées. Il a été démontré que les efflorescences de diatomées et de P. globosa définissent des communautés bactériennes distinctes qui étaient saisonnières et/ou liées aux substrats phytoplanctoniques. Dans la troisième partie de cette thèse, les dynamiques interannuelles, la diversité, les processus écologiques et les hôtes potentiels des endosymbiotes du groupe II Syndiniales ont été étudiés. Cette étude a révélé l'existence de populations locales présentant des patrons temporels cohérents. Les Syndiniales du groupe II ont atteint leur maximum en été, en même temps que le dinoflagellé mixotrophe Prorocentrum minimum. Les processus écologiques stochastiques ont prédominé dans l'assemblage de la communauté, mais des processus déterministes ont été remarquables en été, suggérant des interactions spécifiques entre les Syndiniales et les dinoflagellés. Dans l'ensemble, cette thèse a fourni une image complète des microbes planctoniques dans la MO. Elle a permis de souligner la nécessité d'approches complémentaires dans les recherches associées aux observatoires, et a plaidé en faveur de fréquences d'échantillonnage aussi élevées que possible. Dans un contexte plus large, la prévalence des processus stochastiques rend les dynamiques saisonnières moins prévisibles a priori face aux changements environnementaux futurs

Organisation saisonnière des communautés microbiennes planctoniques en relation avec la diversité et l'écologie d'espèces responsables d'efflorescences

Blooms are an important, widespread natural phenomenon in coastal ecosystems supporting marine food webs. Understanding the dynamics of marine microbes is thus crucial for enhancing our ability to predict accurately the environmental consequences of local and global changes. The Eastern English Channel (EEC) is a tidally mixed meso-eutrophic coastal ecosystem, characterized by spring nontoxic bloom of the haptophyte Phaeocystis globosa. Besides P. globosa, other planktonic microbes, including diatoms, dinoflagellates, bacteria and eukaryotic parasites present blooms or increases in relative abundance. While the major drivers defining P. globosa are generally well studied, little is known about the mechanisms regulating other blooming taxa in the EEC. The objective of this thesis was to investigate the seasonal organisation mechanisms of plankton microbial communities of different groups. In particular, this thesis looked into ecological processes through a community ecology approach, and explored potential interactions. The work presented in this manuscript is based on the analysis of microscopy, cytometry counts, and DNA metabarcoding (rRNA gene 18S V4 and 16S V3-V4) data. Sub-surface samples were collected one five years (2016-2020, 322 samples) at five neighbouring stations (Wimereux, Eastern English Channel; ca. 15 km) belonging to the national observatory network SOMLIT (S1, S2;https://www.somlit.fr/en) and to the local monitoring transect DYPHYRAD (R1, R2, R4). Two different sampling frequencies were conducted to better capture the temporal changes of plankton communities (bi-weelky during 2016-2020 and at a higher frequency during 2018-2020). Microscopy and cytometry allow estimating abundance and biomass, and metabarcoding provided a more extended evaluation of the diversity. In the first part of this thesis, the ecological processes regulating seasonal organisation of phytoplankton communities were investigated. Deterministic processes dominated in winter and early spring, while stochastic processes dominated in summer, where transient bloom occured. Both deterministic and stochastic processes played significant roles in shaping phytoplankton communities in autumn. In the second part of this thesis heterotrophic bacterial dynamics, and their potential interactions during P. globosa and transient diatom blooms were investigated by applying extended local similarity analysis (eLSA) to microscopic data for pytoplankton and 16S data for heterotrophic bacteria. Heterotrophic bacteria showed seasonal, and "episodic" patterns related to transient diatom blooms. It was evidenced that diatom and P.globosa blooms harbour distinct bacterial communities that were seasonally and/or substrate driven. In the third part of this thesis the interannual dynamics, diversity, ecological processes and potential hosts of the endosymbiots Syndiniales group II were investigated. Syndiniales Group II evidenced the existence of local populations and featured consistent temporal patterns. Syndiniales Group II peaked in summer along with the mixotrophic dinoflagellate Prorocentrum minimum (prevalence up to 38.5%). Stochastic ecological processes prevailed in community assembly, but deterministic ones were notable in summer suggesting specific Syndiniales-dinoflagellate interactions. Overall, this thesis provided a complete picture of the microbial planktonic microbes in the EEC, highlighted the need for complementary approaches in observatory surveys, and advocated for as high as possible sampling frequencies. In a broader context, the prevalence of stochastic processes renders a priori less predictable the seasonal dynamics to future environmental change.Les efflorescences sont un phénomène naturel dans les écosystèmes marins côtiers, soutenant les chaînes alimentaires. Comprendre la dynamique des microbes marins est crucial pour améliorer notre capacité à prédire les conséquences environnementales des changements globaux. La Manche Orientale (MO) est un écosystème côtier, méso-eutrophe sous l'influence des marées, caractérisé par une efflorescence printanière de l'haptophyte Phaegocystis globosa. Outre P. globosa, d'autres microbes planctoniques, présentent des proliférations ou des augmentations de leur abondance. Si l'efflorescence de Phaegocystis est relativement bien étudiée, les mécanismes régulant les autres taxons proliférant dans la MO sont encore mal connus. L'objectif de cette thèse était d'étudier les mécanismes d'organisation saisonniers des communautés microbiennes et des taxons qui présentent des efflorescences de différents groupes microbiens. En particulier, cette thèse a examiné les processus écologiques par une approche d'écologie communautaire et par les interactions potentielles. Le travail présenté dans ce manuscrit est basé sur l'analyse par microscopie, cytométrie, et métabarcoding de l'ADN (18S et 16S). Des échantillons en sub-surface ont été collectés sur cinq ans (2016-2020, 322 échantillons) dans cinq stations (15 km) aux le réseau national d'observation SOMLIT (S1, S2) et au transect local DYPHYRAD (R1, R2, R4). Deux fréquences d'échantillonage différentes ont été utilisées pour mieux capturer les variations temporelles des communautés planctoniques (toutes les 2 semaines de 2016 à 2020 et à une fréquence plus élevée de 2018 à 2020). La microscopie et la cytométrie ont permis d'estimer l'abondance et la biomasse, et le métabarcoding a fourni une évaluation plus étendue de la diversité. Dans la première partie de cette thèse, les processus écologiques régulant l'organisation saisonnière des communautés de phytoplancton ont été étudiés. Les processus déterministes ont dominé en hiver et au début du printemps, tandis que les processus stochastiques dominaient en été lorsque des proliférations transitoires se produisaient. Les processus déterministes et stochastiques ont joué tous deux un rôle significatif dans la formation des communautés de phytoplancton en automne. Dans la deuxième partie, la dynamique des bactéries hétérotrophes et leurs interactions potentielles ont été étudiées lors des proliférations récurrentes de P. globosa et de transitoires diatomées à l'aide de l'analyse de similarité locale étendue (eLSA). Les bactéries hétérotrophes ont présenté des patrons saisonniers et "épisodiques" liés aux proliférations transitoires de diatomées. Il a été démontré que les efflorescences de diatomées et de P. globosa définissent des communautés bactériennes distinctes qui étaient saisonnières et/ou liées aux substrats phytoplanctoniques. Dans la troisième partie de cette thèse, les dynamiques interannuelles, la diversité, les processus écologiques et les hôtes potentiels des endosymbiotes du groupe II Syndiniales ont été étudiés. Cette étude a révélé l'existence de populations locales présentant des patrons temporels cohérents. Les Syndiniales du groupe II ont atteint leur maximum en été, en même temps que le dinoflagellé mixotrophe Prorocentrum minimum. Les processus écologiques stochastiques ont prédominé dans l'assemblage de la communauté, mais des processus déterministes ont été remarquables en été, suggérant des interactions spécifiques entre les Syndiniales et les dinoflagellés. Dans l'ensemble, cette thèse a fourni une image complète des microbes planctoniques dans la MO. Elle a permis de souligner la nécessité d'approches complémentaires dans les recherches associées aux observatoires, et a plaidé en faveur de fréquences d'échantillonnage aussi élevées que possible. Dans un contexte plus large, la prévalence des processus stochastiques rend les dynamiques saisonnières moins prévisibles a priori face aux changements environnementaux futurs

Organisation saisonnière des communautés microbiennes planctoniques en relation avec la diversité et l'écologie d'espèces responsables d'efflorescences

Blooms are an important, widespread natural phenomenon in coastal ecosystems supporting marine food webs. Understanding the dynamics of marine microbes is thus crucial for enhancing our ability to predict accurately the environmental consequences of local and global changes. The Eastern English Channel (EEC) is a tidally mixed meso-eutrophic coastal ecosystem, characterized by spring nontoxic bloom of the haptophyte Phaeocystis globosa. Besides P. globosa, other planktonic microbes, including diatoms, dinoflagellates, bacteria and eukaryotic parasites present blooms or increases in relative abundance. While the major drivers defining P. globosa are generally well studied, little is known about the mechanisms regulating other blooming taxa in the EEC. The objective of this thesis was to investigate the seasonal organisation mechanisms of plankton microbial communities of different groups. In particular, this thesis looked into ecological processes through a community ecology approach, and explored potential interactions. The work presented in this manuscript is based on the analysis of microscopy, cytometry counts, and DNA metabarcoding (rRNA gene 18S V4 and 16S V3-V4) data. Sub-surface samples were collected one five years (2016-2020, 322 samples) at five neighbouring stations (Wimereux, Eastern English Channel; ca. 15 km) belonging to the national observatory network SOMLIT (S1, S2;https://www.somlit.fr/en) and to the local monitoring transect DYPHYRAD (R1, R2, R4). Two different sampling frequencies were conducted to better capture the temporal changes of plankton communities (bi-weelky during 2016-2020 and at a higher frequency during 2018-2020). Microscopy and cytometry allow estimating abundance and biomass, and metabarcoding provided a more extended evaluation of the diversity. In the first part of this thesis, the ecological processes regulating seasonal organisation of phytoplankton communities were investigated. Deterministic processes dominated in winter and early spring, while stochastic processes dominated in summer, where transient bloom occured. Both deterministic and stochastic processes played significant roles in shaping phytoplankton communities in autumn. In the second part of this thesis heterotrophic bacterial dynamics, and their potential interactions during P. globosa and transient diatom blooms were investigated by applying extended local similarity analysis (eLSA) to microscopic data for pytoplankton and 16S data for heterotrophic bacteria. Heterotrophic bacteria showed seasonal, and "episodic" patterns related to transient diatom blooms. It was evidenced that diatom and P.globosa blooms harbour distinct bacterial communities that were seasonally and/or substrate driven. In the third part of this thesis the interannual dynamics, diversity, ecological processes and potential hosts of the endosymbiots Syndiniales group II were investigated. Syndiniales Group II evidenced the existence of local populations and featured consistent temporal patterns. Syndiniales Group II peaked in summer along with the mixotrophic dinoflagellate Prorocentrum minimum (prevalence up to 38.5%). Stochastic ecological processes prevailed in community assembly, but deterministic ones were notable in summer suggesting specific Syndiniales-dinoflagellate interactions. Overall, this thesis provided a complete picture of the microbial planktonic microbes in the EEC, highlighted the need for complementary approaches in observatory surveys, and advocated for as high as possible sampling frequencies. In a broader context, the prevalence of stochastic processes renders a priori less predictable the seasonal dynamics to future environmental change.Les efflorescences sont un phénomène naturel dans les écosystèmes marins côtiers, soutenant les chaînes alimentaires. Comprendre la dynamique des microbes marins est crucial pour améliorer notre capacité à prédire les conséquences environnementales des changements globaux. La Manche Orientale (MO) est un écosystème côtier, méso-eutrophe sous l'influence des marées, caractérisé par une efflorescence printanière de l'haptophyte Phaegocystis globosa. Outre P. globosa, d'autres microbes planctoniques, présentent des proliférations ou des augmentations de leur abondance. Si l'efflorescence de Phaegocystis est relativement bien étudiée, les mécanismes régulant les autres taxons proliférant dans la MO sont encore mal connus. L'objectif de cette thèse était d'étudier les mécanismes d'organisation saisonniers des communautés microbiennes et des taxons qui présentent des efflorescences de différents groupes microbiens. En particulier, cette thèse a examiné les processus écologiques par une approche d'écologie communautaire et par les interactions potentielles. Le travail présenté dans ce manuscrit est basé sur l'analyse par microscopie, cytométrie, et métabarcoding de l'ADN (18S et 16S). Des échantillons en sub-surface ont été collectés sur cinq ans (2016-2020, 322 échantillons) dans cinq stations (15 km) aux le réseau national d'observation SOMLIT (S1, S2) et au transect local DYPHYRAD (R1, R2, R4). Deux fréquences d'échantillonage différentes ont été utilisées pour mieux capturer les variations temporelles des communautés planctoniques (toutes les 2 semaines de 2016 à 2020 et à une fréquence plus élevée de 2018 à 2020). La microscopie et la cytométrie ont permis d'estimer l'abondance et la biomasse, et le métabarcoding a fourni une évaluation plus étendue de la diversité. Dans la première partie de cette thèse, les processus écologiques régulant l'organisation saisonnière des communautés de phytoplancton ont été étudiés. Les processus déterministes ont dominé en hiver et au début du printemps, tandis que les processus stochastiques dominaient en été lorsque des proliférations transitoires se produisaient. Les processus déterministes et stochastiques ont joué tous deux un rôle significatif dans la formation des communautés de phytoplancton en automne. Dans la deuxième partie, la dynamique des bactéries hétérotrophes et leurs interactions potentielles ont été étudiées lors des proliférations récurrentes de P. globosa et de transitoires diatomées à l'aide de l'analyse de similarité locale étendue (eLSA). Les bactéries hétérotrophes ont présenté des patrons saisonniers et "épisodiques" liés aux proliférations transitoires de diatomées. Il a été démontré que les efflorescences de diatomées et de P. globosa définissent des communautés bactériennes distinctes qui étaient saisonnières et/ou liées aux substrats phytoplanctoniques. Dans la troisième partie de cette thèse, les dynamiques interannuelles, la diversité, les processus écologiques et les hôtes potentiels des endosymbiotes du groupe II Syndiniales ont été étudiés. Cette étude a révélé l'existence de populations locales présentant des patrons temporels cohérents. Les Syndiniales du groupe II ont atteint leur maximum en été, en même temps que le dinoflagellé mixotrophe Prorocentrum minimum. Les processus écologiques stochastiques ont prédominé dans l'assemblage de la communauté, mais des processus déterministes ont été remarquables en été, suggérant des interactions spécifiques entre les Syndiniales et les dinoflagellés. Dans l'ensemble, cette thèse a fourni une image complète des microbes planctoniques dans la MO. Elle a permis de souligner la nécessité d'approches complémentaires dans les recherches associées aux observatoires, et a plaidé en faveur de fréquences d'échantillonnage aussi élevées que possible. Dans un contexte plus large, la prévalence des processus stochastiques rend les dynamiques saisonnières moins prévisibles a priori face aux changements environnementaux futurs

<i>Phaeocystis globosa</i> and diatom blooms promote distinct bacterial communities and associations in a coastal ecosystem

International audiencePhytoplankton and bacteria form the foundation of marine food webs. While most studies on phytoplankton bloom influence on bacteria dynamics focus on diatom-dominated blooms due to their global ecological significance, it is unclear if similar patterns extend to other species that compete with diatoms like Phaeocystis spp. This study aimed to contribute to the understanding of associations between phytoplankton and bacteria in a temperate ecosystem. For this, we studied the dynamics of phytoplankton and bacteria, combining 16S metabarcoding, microscopy, and flow cytometry over 4 years (282 samples). Phytoplankton and bacterial communities were studied throughout the year, particularly during contrasting phytoplankton blooms dominated by the Haptophyte Phaeocystis globosa or diatoms. We applied extended local similarity analysis (eLSA) to construct networks during blooming and non-blooming periods. Overall, the importance of seasonal and species-specific interactions between phytoplankton and bacteria is highlighted. In winter, mixed diatom communities were interconnected with bacteria, indicating a synergistic degradation of diverse phytoplankton-derived substrates. In spring, despite the intensity variations of P. globosa blooms, the composition of bacterial communities remained consistent over several years, suggesting establishing a stable-state environment for bacterial communities. Specific associations between monospecific diatom blooms and bacteria were evidenced in summer

Interannual dynamics of putative parasites (Syndiniales Group II ) in a coastal ecosystem

Temporal dynamics of Syndiniales Group II were investigated combining 18S rDNA amplicon sequencing and direct microscopy counts (Fluorescence in Situ Hybridization, FISH-TSA) during five years. The study was undertaken in meso-eutrophic coastal ecosystem, dominated by diatoms, the haptophyte Phaeocystis globosa and exhibiting relatively low dinoflagellate abundance (max. 18.6 × 103 cells L-1). Consistent temporal patterns of Syndiniales Group II were observed over consecutive years highlighting the existence of local populations. According to sequencing data, Syndiniales Group II showed increasing abundance and richness in summer and autumn. Dinospores counted by microscopy, were present at low abundances and were punctuated by transient peaks. In summer dinospore highest abundance (559 × 103 L-1) and prevalence (38.5 %) coincided with the peak abundance of the dinoflagellate Prorocentrum minimum (13 × 103 L-1) while in autumn Syndiniales Group II likely had more diversified hosts. Although, several peaks of dinospore and read abundances coincided, there was no consistent relation between them. Ecological assembly processes at a seasonal scale revealed that stochastic processes were the main drivers (80%) of the Group II community assembly, though deterministic processes were noticeable (20%) in June and July. This latter observation may reflect the specific Syndiniales - dinoflagellate interactions in summer

On the conditions promoting Pseudo-nitzschia spp. blooms in the eastern English Channel and southern North Sea

International audienceThis study investigated the drivers of the blooms of Pseudo-nitzschia seriata and Pseudo-nitzschia delicatissima complexes in the eastern English Channel and southern North Sea. Phytoplankton data series acquired from 1992 to 2020 were analyzed with a multivariate statistical approach based on Hutchinson's niche concept. P. seriata and P. delicatissima complexes were found to be typically present year round, but they bloomed at different periods because they occupied different realized ecological niches. P. delicatissima complex occupied a more marginal niche and was less tolerant than P. seriata complex. P. delicatissima complex typically bloomed in April-May at the same time as Phaeocystis globosa while P. seriata complex blooms were more frequently observed in June during the decline of low intensity P. globosa blooms. P. delicatissima and P. seriata complexes were both favored by low-silicate environments and relatively low turbulence but they responded differently to water temperature, light, ammonium, phosphate and nitrite + nitrate conditions. Niche shifts and biotic interactions played important roles in the control of the blooms of P. delicatissima and P. seriata complexes. The two complexes occupied different sub-niches during their respective low abundance and bloom periods. The phytoplankton community structure and the number of other taxa presenting a niche overlapping the niches of P. delicatissima and P. seriata complexes also differed between these periods. P. globosa was the taxa contributing the most to the dissimilarity in community structure. P. globosa interacted positively with P. delicatissima complex and negatively with P. seriata complex

Stochastic and Deterministic Processes Regulate Phytoplankton Assemblages in a Temperate Coastal Ecosystem

International audienceAssessing the relative contributions of the interacting deterministic andstochastic ecological processes for phytoplankton community assembly is crucial inunderstanding and predicting community organization and succession at differenttemporal and spatial scales. In this study, we hypothesized that deterministic and sto-chastic ecological processes regulating phytoplankton, present seasonal and repeatingpatterns. This hypothesis was explored during a 5-year survey (287 samples) conductedat a small spatial scale (;15km) in a temperate coastal ecosystem (eastern EnglishChannel). Microscopy and flow cytometry quantified phytoplankton abundance andbiomass, while metabarcoding data allowed an extended evaluation of diversity andthe exploration of the ecological processes regulating phytoplankton using null modelanalysis. Alpha diversity of phytoplankton was governed by the effect of environmen-tal conditions (environmental filtering). Temporal community turnover (beta diversity)evidenced a consistent interannual pattern that determined the phytoplankton sea-sonal structure. In winter and early spring (from January to March), determinism (ho-mogeneous selection) was the major process in the phytoplankton community assem-bly. The overall mean in the year was 38%. Stochastic processes (ecological drift)prevailed during the rest of the year from April to December, where the overall meanfor the year was 55%. The maximum values were recorded in late spring and summer,which often presented recurrent and transient monospecific phytoplankton peaks.Overall, the prevalence of stochastic processes rendered less predictable seasonal dy-namics of phytoplankton communities to future environmental change.IMPORTANCE While ecological deterministic processes are conducive to modeling,stochastic ones are far less predictable. Understanding the overall assembly processesof phytoplankton is critical in tracking and predicting future changes. The novelty ofthis study was that it addressed a long-posed question, on a pluriannual scale. Wasseasonal phytoplankton succession influenced by deterministic processes (e.g., abioticenvironment) or by stochastic ones (e.g., dispersal, or ecological drift)? Our results pro-vided strong support for a seasonal and repeating pattern with stochastic processes(drift) prevailing during most of the year and periods with monospecific phytoplank-ton peaks

Microzooplankton diversity and potential role in carbon cycling of contrasting Southern Ocean productivity regimes

Microzooplankton play an important role in aquatic food webs through their multiple interactions with other organisms and their impact on carbon export. They are major predators of phytoplankton and bacteria while being preyed on by higher trophic levels. Microzooplankton diversity (Dinoflagellates, DIN and Ciliates, CIL), community structure, interaction with phytoplankton and its potential in channeling carbon to higher trophic levels were studied in contrasting productivity regimes (off- and on-plateau, the latter been naturally fertilized by iron) around the Kerguelen islands in the Southern Ocean (SO). DIN and CIL diversity was sampled in late summer (February–March 2018; project MOBYDICK) and at the onset-of the bloom (KEOPS2 cruise), and assessed by Illumina sequencing of 18S rDNA amplicons and microscopic observations. The diversity obtained by the two approaches could be compared at a relatively high taxonomic level (i.e., often to family level). In particular for DIN, relative abundances and ranking of dominant taxa differed between sequencing and microscopy observations. CIL were always recorded at considerably lower abundances than DIN, the median of their abundances across stations and seasons being 350 and 1370 cells L−1, respectively. During late summer, DIN and CIL biomasses were about 1.5 times higher on- than in off-plateau waters, while community composition was spatially similar. The most abundant DIN at all stations and during both seasons were small Gymnodinium (<20 μm). During late summer, ciliates Lohmaniella oviformis (<20 μm) and Cymatocylis antarctica (20-40 μm) dominated on- and off-plateau, respectively. Dilution experiments suggested significant grazing of microzooplankton on phytoplankton as phytoplankton net growth (k) was lower than microzooplankton grazing (g) at all stations (mean k = 0.16 ± 0.05 d−1, g = 0.36 ± 0.09 d−1) in late summer. Despite having great potential as a phytoplankton grazer, microzooplankton occurred at low biomass and showed little temporal variability, suggesting that they were controlled by copepod predation. Microzooplankton are a key component of the SO as an intermediate trophic level mediating carbon transfer from primary producers to higher trophic levels

Effects of turbulence on diatoms of the genus Pseudo-nitzschia spp. and associated bacteria

International audienceAbstract Turbulence is one of the least investigated environmental factors impacting the ecophysiology of phytoplankton, both at the community and individual species level. Here, we investigated, for the first time, the effect of a turbulence gradient (Reynolds number, from Reλ = 0 to Reλ = 360) on two species of the marine diatom Pseudo-nitzschia and their associated bacterial communities under laboratory conditions. Cell abundance, domoic acid (DA) production, chain formation, and Chl a content of P. fraudulenta and P. multiseries were higher for intermediate turbulence (Reλ = 160 or 240). DA was detectable only in P. multiseries samples. These observations were supported by transcriptomic analyses results, which suggested the turbulence related induction of the expression of the DA production locus, with a linkage to an increased photosynthetic activity of the total metatranscriptome. This study also highlighted a higher richness of the bacterial community associated with the nontoxic strain of P. fraudulenta in comparison to the toxic strain of P. multiseries. Bacillus was an important genus in P. multiseries cultures (relative abundance 15.5%) and its highest abundances coincided with the highest DA levels. However, associated bacterial communities of both Pseudo-nitzschia species did not show clear patterns relative to turbulence intensity