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Dernière mise à jour : Mai 2021

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UMR Agroécologie

Tiffany Raynaud (12/11/2021)

Tiffany Raynaud (12/11/2021)
Artificial selection of microbial communities: the effect of diversity and the role of interspecific interactions

Résumé 

En agriculture, les plantes cultivées et les animaux d’élevage sont issus de procédures de sélection artificielle qui ont pour objectif de produire des individus portant des traits d’intérêt. De telles procédures peuvent être appliquées à des niveaux d’organisation biologique supérieurs à celui de l’individu, comme celui de la communauté, ce qui présente un intérêt majeur pour l’ingénierie des communautés microbiennes. En effet, celles-ci jouent un rôle clé en agriculture mais également dans l’environnement, la santé ou encore l’industrie, et de plus en plus d’études de sélection artificielle de communautés microbiennes montrent des résultats prometteurs. Toutefois, pour que ces procédures soient efficaces, des améliorations sont nécessaires et passeront par une meilleure compréhension du fonctionnement et de l’évolution des communautés.

L’objectif de cette thèse était d’identifier des pistes d’amélioration des procédures de sélection artificielle en appréhendant les conséquences de considérer les communautés comme des unités de sélection, et de mettre en évidence les connaissances que ce type d’étude peut apporter à la compréhension de l’écologie et l’évolution des communautés.

Dans une première expérimentation, nous avons appliqué une procédure de sélection artificielle sur des communautés microbiennes de sol et nous avons montré que la méthode de reproduction, c’est-à-dire la méthode de création de communautés filles à partir de communautés mères, peut être un déterminant du résultat de la procédure via un effet sur la structure et la diversité des communautés. Assembler plusieurs communautés parentales semblait être favorable à une sélection pour une augmentation du niveau d’une fonction. Dans une deuxième expérimentation, nous avons appliqué une procédure de sélection artificielle sur des communautés bactériennes synthétiques différant pour leur niveau de richesse spécifique initiale. Nous avons montré que la diversité des communautés influençait positivement le niveau de la fonction sous sélection et affectait la dynamique évolutive des communautés. Nos résultats indiquaient également que la diversité des communautés pouvait avoir une influence sur l’efficacité de la sélection mais, la relation n’était pas linéaire et, nous avons noté l’existence d’un compromis entre augmentation de la richesse de la communauté et maintien de la dissimilarité de composition entre communautés. L’existence de ce compromis pourrait limiter l’effet positif d’une augmentation de la richesse sur l’efficacité de la sélection. Dans une troisième expérimentation, nous avons étudié l’évolution des interactions interspécifiques au sein de communautés bactériennes après évolution expérimentale. Nos résultats ont indiqué que l’évolution des interactions interspécifiques était commune dans l’évolution des communautés puisque détectée dans 50% des communautés étudiées. De plus, même dans les communautés dans lesquelles les interactions n’avaient pas évolué en elles-mêmes, nous avons montré leur influence sur l’évolution des souches et des communautés, cette influence étant à la fois dépendante de l’environnement abiotique et de la communauté étudiée.

Ensemble, ces résultats ont mis en évidence les liens étroits qui existent entre écologie et évolution des communautés et ont apporté plusieurs pistes d’amélioration des procédures de sélection artificielle : faire le choix de la méthode de reproduction en fonction de la direction du changement souhaité dans le phénotype cible de la sélection, favoriser la diversité des communautés, favoriser l’évolution des interactions. Augmenter notre compréhension des dynamiques éco-évolutives des communautés ouvrira la voie à une sélection artificielle de communautés efficace et à son utilisation pour l’ingénierie des communautés microbiennes.

Mots-clés : sélection artificielle, évolution des communautés, diversité, interactions interspécifiques, communautés microbiennes

Composition du Jury :

PRIGENT-COMBARET            Claire Directrice de recherche, CNRS, Villeurbanne           Rapportrice

SANCHEZ Alvaro                  Associate professor, Yale University, West Haven              Rapporteur

BRETAGNOLLE François        Professeur, Université de Bourgogne, Dijon                      Examinateur

SICARD Delphine                 Directrice de recherche, INRAE, Montpellier                     Examinatrice

SIMONIN Marie                   Chargée de recherche, INRAE, Angers                             Examinatrice 

JEANDROZ Sylvain              Professeur, AgroSup, Dijon                                             Invité 

BLOUIN Manuel                   Professeur, AgroSup, Dijon                                            Directeur de thèse

SPOR Aym                          Chargé de recherche, INRAE, Dijon                                Codirecteur de thèse