Validation and Application of a PCR Primer Set to Quantify Fungal Communities in the Soil Environment by Real-Time Quantitative PCR

Fungi constitute an important group in soil biological diversity and functioning. However, characterization and knowledge of fungal communities is hampered because few primer sets are available to quantify fungal abundance by real-time quantitative PCR (real-time Q-PCR). The aim in this study was to quantify fungal abundance in soils by incorporating, into a real-time Q-PCR using the SYBRGreen® method, a primer set already used to study the genetic structure of soil fungal communities. To satisfy the real-time Q-PCR requirements to enhance the accuracy and reproducibility of the detection technique, this study focused on the 18S rRNA gene conserved regions. These regions are little affected by length polymorphism and may provide sufficiently small targets, a crucial criterion for enhancing accuracy and reproducibility of the detection technique. An in silico analysis of 33 primer sets targeting the 18S rRNA gene was performed to select the primer set with the best potential for real-time Q-PCR: short amplicon length; good fungal specificity and coverage. The best consensus between specificity, coverage and amplicon length among the 33 sets tested was the primer set FR1 / FF390. This in silico analysis of the specificity of FR1 / FF390 also provided additional information to the previously published analysis on this primer set. The specificity of the primer set FR1 / FF390 for Fungi was validated in vitro by cloning - sequencing the amplicons obtained from a real time Q-PCR assay performed on five independent soil samples. This assay was also used to evaluate the sensitivity and reproducibility of the method. Finally, fungal abundance in samples from 24 soils with contrasting physico-chemical and environmental characteristics was examined and ranked to determine the importance of soil texture, organic carbon content, C∶N ratio and land use in determining fungal abundance in soils

Soil parameters, land use, and geographical distance drive soil bacterial communities along a European transect

To better understand the relationship between soil bacterial communities, soil physicochemical properties, land use and geographical distance, we considered for the first time ever a European transect running from Sweden down to Portugal and from France to Slovenia. We investigated 71 sites based on their range of variation in soil properties (pH, texture and organic matter), climatic conditions (Atlantic, alpine, boreal, continental, Mediterranean) and land uses (arable, forest and grassland). 16S rRNA gene amplicon pyrosequencing revealed that bacterial communities highly varied in diversity, richness, and structure according to environmental factors. At the European scale, taxa area relationship (TAR) was significant, supporting spatial structuration of bacterial communities. Spatial variations in community diversity and structure were mainly driven by soil physicochemical parameters. Within soil clusters (k-means approach) corresponding to similar edaphic and climatic properties, but to multiple land uses, land use was a major driver of the bacterial communities. Our analyses identified specific indicators of land use (arable, forest, grasslands) or soil conditions (pH, organic C, texture). These findings provide unprecedented information on soil bacterial communities at the European scale and on the drivers involved; possible applications for sustainable soil management are discussed

Impact des pratiques agricoles sur l’état biologique des sols: Quelles recommandations et pistes de R&D en matière de pilotage biologique des sols

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Le projet Tandem

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Impact de la fertilisation des prairies sur leur biodiversité et sur les transferts microbienset chimiques du sol au lait (IFEP)

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Distribution et déterminisme de l'abondance, de la diversité et de la structure des communautés microbiennes à différentes échelles spatiales pour l'appui au développement agricole

Les propriétés des sols déterminent notre capacité à produire des biens et des services en quantité et en qualité. Dans ce contexte, la composante microbienne des sols occupe une place prépondérante de part son abondance et son extrême diversité : on estime qu’un gramme de sol contient 109 bactéries et 105 champignons, pour environ 106 espèces bactériennes et 103 à 104 espèces de champignons. Cette diversité taxonomique des microorganismes du sol supporte une extraordinaire diversité fonctionnelle qui leur confère un rôle déterminant dans le fonctionnement du sol tant qualitativement (cycles biogéochimiques, structure du sol ; dégradation des composés exogènes, régulation biologique) que quantitativement, cette diversité déterminant aussi l’intensité et la stabilité des fonctions considérées. Néanmoins, l’utilisation intensive des sols les soumet à des pressions croissantes conduisant à la dégradation de cette ressource naturelle dont les effets se ressentent aujourd’hui, notamment au niveau agricole. Dans ce contexte, l’enjeu est d’être en mesure d’utiliser au mieux les communautés microbiennes des sols au regard de leur importance quantitative et qualitative. Ceci nécessite de mieux comprendre les déterminants de la diversité des communautés microbiennes des sols ; et de diffuser les connaissances et les outils de gestion auprès des acteurs de terrain, en particulier du monde agricole.En m’appuyant sur des approches à différentes échelles spatiales (Territoire national et paysage agricole) et de métagénomique environnementale, j’ai pour objectifs de mieux comprendre la biogéographie des communautés microbiennes des sols en les cartographiant et en identifiant les processus et les filtres environnementaux déterminant leurs variations. Ceci a permis de mettre en évidence que l’abondance des microorganismes du sol, la richesse bactérienne (diversité ) et la structure des communautés bactériennes (diversité ) des sols sont toutes distribuées de manière hétérogène et structurée spatialement à différentes échelles : le territoire national et le paysage agricole . Ceci suggère également que les communautés bactériennes sont structurées par au moins deux processus non-exclusifs : la sélection environnementale et la dispersion. La sélection environnementale met en jeu les caractéristiques physico-chimiques du sol (pH, texture du sol, teneur en C) et l’utilisation du sol ; mais aussi l’hétérogénéité environnementale via la diversité et la configuration spatiale des habitats dans la mosaïque paysagère. Ces apports fondamentaux mettent aussi en avant la diversité des interactions entre taxons au sein des communautés microbiennes et l’acquisition massive de données ouvre la perspective de mieux les comprendre. Ces recherches fondamentales ont aussi une sortie plus finalisée et de transfert. Elles démontrent que les communautés microbiennes des sols sont de bons bioindicateurs et permettent de développer des outils d’évaluation d’impact des pratiques agricoles. Ces outils ont été démontrés opérationnels pour les acteurs du monde agricole et transférés dans le cadre de projets de recherche participative.Pour amplifier cette dynamique, je poursuis mes travaux pour mieux comprendre la dynamique spatio-temporelle des communautés microbiennes des sols afin de les modéliser et de transférer ces outils auprès des utilisateurs des sols pour favoriser une gestion durable des sols

Présentation de l’étude de l’impact de la fertilisation des prairies sur les communautés microbiennes du sol au lait

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Bilan de l’état microbiologique des sols en France

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Bacterial "social" network in french soils : a Metagenomics insight

EABIOmEAGROSUPINRABacterial "social" network in french soils : a Metagenomics insight. Sfécologie-2016, International Conference of Ecological Science

Distribution spatiale de la diversité microbienne des sols à l’échelle du territoire national

National audienceLe sol représente un exceptionnel réservoir de biodiversité microbienne tant en termes d’abondance et de richesse spécifique, qu’en termes de fonctions et de processus impliqués dans les flux de matière et d’énergie. Ce réservoir assure et supporte de nombreux services écosystémiques à la base de la durabilité des systèmes de production exploités par l’Homme. Cette grande biodiversité lui confère des capacités d’adaptation (résistance, résilience, redondance fonctionnelle,…) face aux activités anthropiques et aux changements globaux, et constitue ainsi une véritable assurance écologique pour l’Homme et ses moyens de production. Néanmoins, de nombreuses connaissances restent encore à acquérir dans le domaine de l’écologie microbienne des sols et notamment en intégrant les échelles larges d’investigation, tant du point de vue spatial que temporel. L’identification et la hiérarchie des filtres environnementaux déterminant la structure des communautés microbiennes et les processus de diversification impliqués constituent un enjeu primordial pour identifier des leviers de gestion des communautés microbiennes et conserver les capacités d’adaptation et de résilience des sols basées sur cette biodiversité. Les approches biogéographiques constituent un atout majeur pour atteindre ces objectifs. Ces approches à des échelles spatiales larges (paysage au continent) ont été appliquées avec succès aux macroorganismes pour identifier et comprendre les filtres environnementaux et les processus à l’origine de leur diversification. Au cours des dernières années, il a été démontré que de telles approches étaient applicables aux microorganismes mais peu d’études de biogéographie microbiennes étaient disponibles pour les sols à des échelles allant du paysage au continent. Dans ce contexte, le projet ECOMIC-RMQS (ANR, ADEME 2006-2010, coord. L. Ranjard) visait à caractériser les communautés bactériennes des sols du Réseau de Mesure de la Qualité des Sols à l’échelle de la France au travers de leur distribution spatiale en terme d’abondance et de diversité ; d’identifier et hiérarchiser les filtres environnementaux impliqués dans leurs variations ; et d’évaluer les processus de diversification au travers de la relation « aire-espèces ». L’application d’outils d’écologie moléculaire aux 2200 sols du RMQS (représentatifs de la diversité pédoclimatique des sols français et de leurs modes d’usage) a permis de mettre en évidence le rôle prépondérant des filtres locaux (occupation des sols et caractéristiques physico-chimique : pH, texture, teneur en C, …) par rapport à des filtres distaux (climat, géomorphologie,…) dans le déterminisme de l’abondance et la structuration des communautés bactériennes du sol. L’étude de la relation "aire-espèces" a quand à elle permit de mettre en évidence l’existence de processus de diversification pour les communautés bactériennes du sol, processus dont l’intensité est fonction de la diversité et de la structuration spatiale des paysages. L’utilisation des sols par l’Homme et les choix de gestion réalisés sont donc à même de moduler l’assurance écologique fournie par les sols en impactant les communautés microbiennes du sol, et leurs capacités à s’adapter aux changements globaux. A l’avenir, il sera nécessaire d’identifier si ces capacités d’adaptation sont déterminées par les mêmes filtres à d’autres échelles spatiales et de les caractériser au travers d’études considérant des échelles de temps longue afin de confirmer et même prédire les évolutions de la qualité biologique de sols et donc la durabilité des pratiques avec des résultantes sur les services écosystémiques à fournir pour le bien être des sociétés humaines