Ongoing projects
The development of more sustainable agriculture requires the development of innovative tools that can reduce the use of pesticides and fertilizers while maintaining plant health and yields. In this context, a detailed diagnosis of the soil microbiome influencing soil and plant health is of great interest to improve sustainability in the agricultural sector.
Among the different soil microorganisms, protists (eukaryotic unicellular organisms) play key roles in soil function. They are also part of the beneficial or pathogenic microorganisms that significantly influence plant health and agricultural yields. Currently, microbiome analysis in general and protists in particular is mainly based on second-generation DNA sequencing. The resolution of this analysis is limited because it is based on short DNA fragments that do not allow identification of microorganisms at the species level.
Third-generation sequencing technology such as that of Oxford Nanopore represents a promising opportunity: it can quickly and massively sequence long fragments of DNA and offers major advances in our ability to accurately diagnose the soil microbiome. This method will be highly resolutive in its ability to unambiguously identify a specific microorganism and can provide a comprehensive characterization of the microbiome by simultaneously identifying all pathogens and beneficial microorganisms.
Despite the promising nature of this technology, its use has not yet been evaluated for protists in agricultural soils. The overall goal of our interdisciplinary project is to develop a molecular tool based on third-generation DNA sequencing to accurately profile soil protists, including those relevant to agricultural management and yield.
We will develop the Oxford Nanopore (ONT) approach through three objectives:
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Design the analysis protocol using Oxford Nanopore to sequence the full-length ribosomal operon (a DNA fragment 10 times longer than commonly analyzed fragments).
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Quantify the advantages of this new method by comparing the results obtained with the standard approach based on short fragment sequencing (Illumina).
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Assess our approach in a specific case of a crop often affected by soil disease (clubroot), and thus establish a link between microbial profiling, environmental conditions, and the health status of host plants (cabbage or other cruciferous crops such as rapeseed).
This project relies on the ideal complementarity of the current activities of two research groups. It will allow us to develop skills related to soil microbiome, Oxford Nanopore sequencing, and bioinformatics analysis.
FORESTAT – FORaminiferes des ESTuaires de la côte Atlantique Française
Les foraminifères sont d’excellents bio-indicateurs de la qualité des eaux marines et côtières grâce à leur forte densité de population, à la diversité des assemblages et aux différences interspécifiques concernant la résistance aux paramètres de stress. La préservation des coquilles de foraminifères dans le sédiment, qui permet de reconstituer des conditions de référence pré-anthropiques, ainsi que l’évolution historique des écosystèmes, est un autre atout majeur de ce groupe. Finalement, il existe une importante communauté internationale de « foraminiférologues », qui ont standardisé leurs méthodes d’étude (Schönfeld et al. 2012 ; Alve et al., 2016 ; Jorissen et al., 2018).
Peu de bio-indicateurs pertinents sont disponibles pour les eaux estuariennes, qui sont caractérisées par l’interaction de nombreux facteurs de stress naturels, ce qui complique la reconnaissance de perturbations d’origine anthropique superposées. Les foraminifères qui vivent dans les vasières des zones subtidale et intertidale montrent une succession spatiale d’espèces en fonction de la salinité (fréquence d’inondation, apports d’eau douce, élévation). Cette succession spatiale est relativement bien connue.
Les récents progrès dans le domaine de la systématique moléculaire ont permis de montrer qu’il existe dans ces milieux de nombreuses espèces (pseudo-)cryptiques possédant différentes caractéristiques écologiques. Des études de l’ADN des foraminifères ont aussi permis de mettre en évidence l’arrivée récente d’espèces exotiques/envahissantes.
Le fait que la biodiversité des foraminifères soit largement plus élevée que ce qui était admis encore récemment, permet aujourd’hui d’envisager un indice de qualité pour les estuaires à eau turbide. Néanmoins, avant de pouvoir utiliser un tel indice, nos connaissances de la répartition des foraminifères en milieu estuarien doivent être complétées. Dans ce projet de recherche, nous avons l’intention d’aborder les questions suivantes :
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Comment la répartition des espèces (y compris les espèces cryptiques) répond-elle à la variabilité spatiale des paramètres naturels du milieu (estuaire interne/externe, zone subtidale/intertidale, etc..) ?
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Quelle est la variabilité temporelle des populations ? La variabilité saisonnière, encore insuffisamment connue, et la variabilité décennale, due aux changements climatiques actuels et aux perturbations liées à l’arrivée d’espèces exotiques, doivent être prises en compte par un indice environnemental. Nous pourrons répondre à ces questions en comparant la répartition spécifique actuelle i) à d’anciens prélèvement des populations vivantes, menés entre 1980 et 2000, et ii) aux assemblages des coquilles de foraminifères préservées dans les sédiments.
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Quelles sont les modifications des patterns de répartition (plutôt bien connus) en réponse aux perturbations anthropiques ? Dans ce contexte, nous identifierons à la fois les espèces sensibles et les espèces tolérantes (voire favorisées) par les perturbations du milieu. De telles caractérisations écologiques sont la condition préalable pour le développement d’un indice environnemental fiable.
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Quelles sont les adaptations métaboliques (p.e. métabolisme anaérobie, symbioses bactériennes ou eucaryotes, dormance, kleptoplastidie) qui permettent aux espèces tolérantes de persister dans des conditions de stress naturelles et/ou anthropiques.
Pour avancer sur ces questions, nous proposons un projet de recherche sur quatre estuaires de la façade atlantique qui ont des caractéristiques très différentes en termes de débit fluvial, turbidité, gradient de salinité, niveau de confinement et impact anthropique : la Loire, la Rivière d’Auray, la Vie et la Vilaine. Pour chacun de ces quatre estuaires, des données sur les foraminifères existent. Ces données seront remises à niveau en y ajoutant des méthodes modernes, telles que des analyses couplées ADN/morphologie, de l’ADN environnemental, des études du métabolisme des espèces-clés, ou encore des études sur la biogéochimie et le recyclage de la matière organique dans les habitats occupés par ces espèces. La finalité de ce projet est le développement d’un indice estuarien « foraminifère ».
VITAE - DéVeloppement d’un outIl de diagnosTic des microorgAnismes du sol pour mieux protéger les culturEs