Thèse Nouveaux Métabolismes Microbiens de Dégradation Anaérobie de la Lignine H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Rennes École doctorale : École doctorale Écologie, Géosciences, Agronomie et Alimentation Laboratoire de recherche : ECOSYSTEMES, BIODIVERSITE, EVOLUTION Direction de la thèse : Anniet LAVERMAN Date limite de candidature : 2026-12-15T00:00:00
Les zones humides continentales (ZHC) constituent un écosystème clé du cycle du carbone (C) mondial. Bien que couvrant moins de 10 % des surfaces continentales, elles renferment un tiers du C organique stocké dans les sols à l'échelle planétaire. La réponse future des ZHC au changement climatique, qui limitera (fonction puits de C) ou augmentera (fonction source de C) la concentration en gaz à effet de serre de l'atmosphère, dépend du devenir du carbone organique qu'elles contiennent. Les études de diversité microbienne les plus récentes ont mis en lumière une richesse et une diversité microbienne insoupçonnées dans les sols des ZHC. La plupart de ces micro-organismes appartiennent à des taxa sans représentant cultivé et pour lesquels nous avons peu de données sur leur rôle dans la dégradation du C organique. De récentes études ont notamment mis en avant leur capacité à dégrader des molécules organiques complexes, telles que la lignine. La lignine est une macromolécule complexe et hétérogène responsable de la rigidité et de l'hydrophobicité de la paroi des cellules végétales. Cette thèse propose d'explorer le rôle de microorganismes spécifiques sur le devenir du C organique des ZHC. Cette approche est résolument innovante car elle remet en cause le postulat que le C organique, une fois enfoui dans le sol des ZHC, est durablement stocké et inaccessible à l'activité microbienne. L'objectif sera de caractériser les métabolismes microbiens de dégradation anaérobie de la lignine dans les ZHC. Elle testera notamment les hypothèses suivantes : (i) il existe une diversité de métabolismes anaérobies de dégradation de la lignine réalisés par les communautés microbiennes présentes dans le sol des ZHC ; (ii) Candidatus Bathyarchaeia est un acteur majeur de la dégradation de la lignine en conditions anoxies dans les ZHC. La thèse s'appuiera sur une approche expérimentale avec l'utilisation de microcosmes de sols issus de deux ZHC (Guidel, 56 et Landemarais, 35). L'approche méthodologique inclura l'utilisation conjointe de méthodes de microbiologie, de biologie moléculaire, de bio-informatique et de géochimie organique.
Moyens techniques et expertise disponibles : cette thèse combine trois approches méthodologiques qui correspondent à l'expertise respective des trois encadrants : la microbiologie (A. Laverman), la géochimie organique et isotopique (S. Coffinet) et la bio-informatique (A. Dufresne). A l'université de Rennes, la partie microbiologie sera développée au sein de la plateforme MICRO en collaboration avec Julien Farasin. Nous collaborons également avec Aurélie Cébron (laboratoire LIEC, Nancy) pour les analyses ADN-SIP. Moyens financiers disponibles : cette thèse et les frais de fonctionnement associés sont financés par le projet ANR LIGNAMICS porté par S. Coffinet. L'étudiant.e pourra également faire une demande de bourse de voyage auprès de l'association des géochimistes organiciens européens (EAOG, https://eaogorg.wordpress.com/awards/research-awards/) pour un séjour de recherche à l'étranger. Les principales étapes de la thèse sont les suivantes :

L'identification des voies métaboliques de dégradation de la lignine : Afin de comprendre comment les communautés microbiennes dégradent la lignine du sol, la thèse combinera une approche bio-informatique et expérimentale. L'étudiant.e en thèse aura à disposition un jeu de métagénomes issus de l'extraction d'ADN à plusieurs profondeurs du sol des deux zones humides étudiées. Leur étude permettra d'identifier les voies métaboliques (i) présentes et (ii) exprimées dans ces zones humides et de les relier aux communautés microbiennes présentes. En parallèle, des incubations avec de la lignine et ses dérivés enrichis en 13C (méthode SIP, stable isotope probing) seront mises en place afin de tester expérimentalement les voies métaboliques identifiées par bio-informatique. L'incorporation de 13C sera analysée dans (i) l'ADN, en collaboration avec le laboratoire LIEC (Aurélie Cébron, Nancy) et (ii) les lipides membranaires microbiens extraits des incubations. L'analyse des lipides membranaires microbiens permet d'améliorer la sensibilité des incubations SIP ce qui est particulièrement important pour l'étude d'environnements où l'activité microbienne est ralentie, tels que les sols anoxiques des zones humides. Elle peut également permettre de développer des biomarqueurs spécifiques à certaines communautés microbiennes ou certains métabolismes. La combinaison de ces deux jeux de données (incubations SIP et bio-informatique) permettra d'identifier les principaux métabolismes microbiens responsables de la dégradation de la lignine en conditions anoxiques.

L'obtention de cultures enrichies voire de souche(s) pure(s) de Ca. Bathyarchaeia : Une forte proportion d'archées appartenant au taxon Candidatus Bathyarchaeia, a été observée dans les sols des ZHC, en particulier en profondeur. Des études en milieu marin profond ont mis en évidence le rôle majeur de Ca. Bathyarchaeia dans la dégradation de la lignine. Cependant, malgré leur abondance dans les ZHC, il n'existe que très peu d'études sur l'activité de Ca. Bathyarchaeia en milieu continental. Ainsi leur rôle et leur importance dans le cycle du C continental restent à élucider. Il existe aujourd'hui deux cultures enrichies de Ca. Bathyarchaeia issus d'environnements aquatiques. Le métabolisme de Ca. Bathyarchaeia dans les ZHC ne peut donc qu'être prédit à partir de méthodes indirectes (telles que proposées pour la première étape de la thèse). Obtenir une culture enrichie voire une souche pure isolée d'une zone humide permettrait d'étudier directement et beaucoup plus précisément ce taxon. Des enrichissements ont été mis en place à partir d'échantillons prélevés dans la zone humide de Guidel par Julien Farasin (plateforme MICRO). Une diversité de substrats et de conditions de croissance ont été testés dans l'objectif d'enrichir Ca. Bathyarchaeia. L'étudiant.e en thèse prendra en charge le suivi de ces enrichissements par PCR quantitative ciblant Ca. Bathyarchaeia. Après avoir identifié les microcosmes ayant la plus forte proportion de Ca. Bathyarchaeia, il ou elle mettra en place la stratégie d'enrichissement progressif de ce taxon. Une analyse métagénomique de ces microcosmes sera réalisée en complément pour étudier les voies métaboliques des microorganismes enrichis.

• Technique QPCR
• Bio-informatique
• Chimie