Study of bacterial and fungal diversity during flax dew-retting by using metabarcoding

Abstract

Le rouissage du lin cultivé (Linum ustitatissimum L.) sur champ est un procédé naturel, rapide et semi-contrôlé durant lequel les parois végétales sont partiellement dégradées par les micro-organismes afin de faciliter l’extraction des fibres pour différents usages industriels. Le sous- et le sur-rouissage sont associés à une mauvaise qualité de fibre, il est donc essentiel de maîtriser ce processus. La microbiologique du rouissage reste encore mal caractérisée en raison d’études basées uniquement sur des approches de cultures dépendantes et d’identification phénotypique. La mise en place d’une approche de metabarcoding au cours de trois campagnes, nous a permis de caractériser l’évolution des membres et structures du domaine Bacteria et du règne Fungi, à l’échelle de son écosystème, pour la toute première fois. L’assignation taxonomique des OTUs (Operational Taxonomic Units) a permis l’identification de nouveaux taxa encore non associés au rouissage et notamment le phylum Bacteroidetes, très représenté. Grâce aux analyses multivariées et aux tests de corrélations, nous avons identifié plusieurs facteurs influençant ce processus. Nous avons démontré : (i) que le retournement des andains a un effet significatif sur les structures microbiennes, (ii) de l’existence d’un effet "terroir" avec des communautés bactériennes affectées par les précipitations et (iii) de l’existence d’un effet "millésime" avec des variations de structures fongiques expliquées par les températures. Les prédictions des CAZomes (Carbohydrate-Active-Enzymes) bactériens nous ont permis d’identifier des familles potentiellement impliquées dans la dégradation des parois cellulaires qui serviront de base pour une étude plus approfondie par méta-transcriptomique.Flax (Linum ustitatissimum L.) dew-retting is a short-term, semi-controlled natural process during which plant cell walls are partially degraded by microorganisms to facilitate fiber extraction for various industrial applications. Under- and over-retting are associated with ‘bad fiber quality’ and it is therefore essential to master this process. The microbiology of dew-retting is poorly characterized mainly because it is currently based on the utilization of cultured approaches and phenotypic identification.The implementation of a metabarcoding approach during three independant flax dew-retting campaigns allowed us to characterize, for the first time, the bacterial and fungal community dynamics at this ecosystem level. The taxonomic assignment of OTUs (Operational Taxonomic Units) led to the identification of new taxa not previously associated with dew-retting in particular a high presence of Bacteroidetes phylum. Multivariate analysis and correlation tests identified a number of factors affecting this process. We have demonstrated : (I) that swathe turning has a significant effect on the microbial structures, (ii) the existence of a "terroir" effect and the fact that bacterial communities are affected by precipitation and (iii) the existence of a year effect and the fact that fungal communities are affected by temperature. Bacterial CAZyme (Carbohydrate-Active-Enzymes) predictions, allowed us to identify different families involved in plant cell wall degradation thereby providing a basis for future studies using a metatranscriptomic approach