Introduction

Le projet de recherche international (IRP) CNRS-CAS « DYF2M » a pour objectif d’améliorer nos connaissances dans le domaine de l’écologie microbienne et de la dynamique fonctionnelle des microorganismes marins selon plusieurs thèmes d’intérêt. Son objectif est de mieux comprendre le rôle fonctionnel des principaux groupes planctoniques (microorganismes unicellulaires), dont font partie les virus, dans les cycles biogéochimiques marins.

Missions et thèmes de recherche :

Thème 1 : Il concerne les premiers niveaux du réseau trophique avec un focus sur les transferts de matière et d’énergie du niveau de production vers les niveaux trophiques supérieurs.

Thème 2 : Dynamique spatio-temporelle des microorganismes marins en zone côtière et liens avec le forçage environnemental. Les recherches connexes impliquent l’observation in situ à haute fréquence des micro-organismes en utilisant la cytométrie en flux automatisée (CMF).

Thème 3 : Dynamique spatio-temporelle des microorganismes marins en haute mer, grâce à des mesures automatisées réalisées selon une stratégie lagrangienne (à partir d’une croisière sur un navire).

L’objectif est d’étudier l’impact des processus physiques sous-méso-échelle tels que les tourbillons et les fronts, sur les distributions spatiales et la diversité des micro-organismes en couplant l’observation in situ à haute fréquence des micro-organismes par cytométrie en flux automatisée avec les observations altimétriques effectuées par le satellite SWOT pour mieux définir les structures physiques d’intérêt. Les sites d’étude privilégiés seront les sections transversales des pistes SWOT en Méditerranée occidentale et dans le Pacifique occidental à exploiter au cours des 6 premiers mois après le lancement de SWOT

Principaux projets de recherche

Objectifs thème 1 : 

• Aborder le réseau trophique microbien (MFW) des virus aux ciliés de manière systémique en utilisant des approches innovantes et en en développant de nouvelles.
• Utiliser et optimiser les protocoles de détection de virus dans des échantillons naturels par cytométrie en flux.

Comparaison de la diffusion à 90° violette (VSSC) et de la diffusion à 90° bleue (BSSC) pour deux échantillons marins côtiers. au : unités arbitraires. Les deux graphiques (cytogrammes) montrent la fluorescence induite par le SYBR Green (au) par rapport au VSSC ou au BSSC : les régions en rouge montrent les différents sous-groupes de virus, les régions en noir le bruit de fond de l’échantillon.

• Développer l’analyse des microorganismes hétérotrophes dans des échantillons naturels en utilisant des instruments conventionnels ainsi qu’un nouvel instrument automatisé en cours de validation par l’équipe française.
• Investiguer dans deux sites contrastés, les Baies de Jiaozhou et Marseille en utilisant les nouvelles approches publiées conjointement (Chen et al., 2016).
• Quantifier la dynamique de transfert de matière organique du premier niveau trophique microbien vers le supérieur par la prédation ciliée.

Objectifs thème 2 :  

• Favoriser l’utilisation de la cytométrie en flux automatisée, pour surveiller le phytoplancton à haute fréquence directement in situ.
• Mettre en place des études comparatives de la dynamique du phytoplancton dans les baies de Marseille et de Jiaozhou.
• Identifier les espèces inconnues observées à la fois en Méditerranée et dans la baie de Jiaozhou et traiter leur présence comme un effet possible du changement global.
• Développer davantage l’utilisation et les applications de la cytométrie en flux automatisée dédiée aux microorganismes non photosynthétiques tels que les bactéries hétérotrophes et les petits prédateurs.
• Suivre les virus dans des échantillons naturels par cytométrie en flux, afin de relier la communauté virale aux autres compartiments de la trophique MFW.
• Mieux définir les relations entre la diversité du réseau microbien et le forçage environnemental.
• Fournir des données in situ (à la fois physiques et biologiques) pour calibrer la télédétection et les modèles.

Objectifs thème 3 :  

• Implanter en Chine un cytomètre en flux automatisé sur une grande bouée amarrée en pleine mer de Chine orientale et équipée de divers capteurs physico-chimiques pour surveiller l’environnement.

Bouée (diamètre : 10 m) amarrée en Chine, au niveau de l’estuaire de la rivière Yangtse, déjà équipée de divers capteurs, à équiper d’un cytomètre en flux automatisé.

• S’appuyer sur les résultats de la campagne Protevs-BioSWOT (mai 2018) pour préparer les actions à mener suite au lancement du nouveau satellite SWOT en décembre 2022.
• Étudier l’impact de la dynamique des filaments identifiée par SWOT sur la répartition du phytoplancton dérivée de l’observation à haute fréquence avec la cytométrie en flux automatisée et la biologie moléculaire.
• Mener en parallèle de telles investigations sur deux coupes distinctes des pistes SWOT, en Méditerranée occidentale et dans le Pacifique occidental.

Exemple de résultats obtenus en avril-mai 2018 lors de la croisière Protevs-BioSWOT au niveau d’un croisement de la trace satellitaire SWOT en Méditerranée occidentale : L’altimétrie, combinée aux modèles et aux images satellites (SST, Chlorophylle) mettent en évidence des structures physiques pilotant la distribution du phytoplancton (Synechococcus) observé in situ.

DYF2M s’appuiera sur les connaissances et les développements de concepts des partenaires pour générer des projets de recherche communs qui bénéficieront de leur capacité d’observation à haute fréquence in situ et des liens avec la télédétection. DYF2M développera des échanges continus entre partenaires qui se concrétiseront sous la forme de travaux de recherche doctoraux conjoints, l’accueil de chercheurs postdoctoraux et la réalisation de projets de recherche élaborés par le consortium. Le transfert de connaissances et de savoir-faire entre les partenaires français et chinois sera également une priorité.

Les institutions et laboratoires impliqués

Côté français:
CNRS ;
Aix-Marseille Université (AMU) ;
Université de Toulon ;
Institut de recherche pour le développement (IRD), Sorbonne Université (SU) ;
Muséum National d’Histoire Naturelle (MNHN)
Institut Méditerranéen d’OcéanoIogie (MIO) UMR 7294 ;
Laboratoire d’océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (LOCEAN) UMR7159 ;

Côté chinois :
Institut d’océanologie CAS Qingdao (Laboratoire clé d’écologie marine et des sciences de l’environnement et Station de recherche sur l’écosystème marin de la baie de Jiao Zhou)
Université océanique de Chine, Qingdao (OUC) (Laboratoire clé d’océanographie physique)
Université Jiao Tong de Shanghai (École des sciences de la vie et de la biotechnologie, Laboratoire d’État du métabolisme microbien)
Université de Xiamen (Laboratoire clé d’État des sciences de l’environnement marin, Collège de l’environnement et de l’écologie)
Institut d’océanologie de la mer de Chine méridionale, CAS (Laboratoire clé de télédétection océanique de Canton

* Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao (IOCAS) ( Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences et Jiao Zhou Bay Marine Ecosystem Research Station) ; Ocean University of China, Qingdao (OUC) (Key Laboratory of Phyisical Oceanography) ; Shanghai Jiao Tong University (School of Life Sciences & Biotechnology, State Laboratory of Microbial Metabolism); Xiamen University (State Key Laboratory of Marine Environmental Science, College of the Environment and Ecology) ; South China Sea Institute of Oceanology, CAS (Guangdong Key Laboratory of Ocean Remote Sensing LORS)