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Anciens projets du laboratoire

Ci-dessous vous trouverez une liste et une brève description des différents projets, travaux de doctorat et master terminés.

Projets et doctorats terminés

  • Structures et diversité des communautés microbiennes de la rhizosphère de plantes perennes

    Sonia Tarnawski, Michel Aragno

    Mots clés : rhizosphère, biodiversité, Lolium perenne, interactions plante - bactéries - protozoaires, écologie moléculaire.

    La rhizosphère...interface (micro)biologiquement active entre la plante et le sol...*

    "Strictement, la rhizosphère est la région du sol sous l'influence de la racine. Fort mal connue, il faut l'admettre, elle représente néanmoins une interface essentielle entre la plante et le sol, interface active par la présence de microorganismes, bactéries et champignons, ainsi que par celle de leurs prédateurs [...]. Considérée comme l'habitat de microorganismes liés aux activités de la racine, la rhizosphère sensu lato s'étend à la surface des tissus (rhizoplan) et à l'intérieur de ceux-ci (endorhizosphère) [...].
    Une fraction importante de la matière photosynthétisée par la plante (entre 20 et 50%) est émise dans le sol par la racine vivante sous forme de polymères sécrétés, d'exsudats solubles, de cellules détachées et de lysats. [...]
    La rhizodéposition représente une part importante du « milieu de culture » des microorganismes de la rhizosphère auxquels elle fournit énergie et carbone organique."

    Dans le système complexe que constitue la rhizosphère, la structure et la diversité des communautés bactériennes sont influencées par de nombreux facteurs. De nombreuses études ont montré que la plante exerce dans le sol une pression de sélection déterminante pour la structure et la diversité des communautés bactériennes rhizosphériques. Il a été démontré que l'influence de la plante varie en fonction de l'espèce de plante considérée. La rhizosphère des plantes pérennes est un bon modèle pour étudier les interactions sol-plante-bactéries, ces plantes sont largement représentées et d'une grande importance agronomique. De plus, les plantes pérennes présentent l'avantage d'avoir des communautés bactériennes associées particulièrement adaptées puisqu'elles se développent au même endroit d'années en années. Parmi ces plantes, Lolium perenne est une des mieux connues et de nombreux cultivars sont répertoriés.

    * J-M. Gobat, M. Aragno, W. Matthey, 2003. « Le sol vivant », Bases de pédologie et biologie des sols. Presses polytechniques et universitaires romandes (chapitre 15).

  • Culture de champignons comestibles

    Daniel Job

    Le groupe de mycologie de notre laboratoire, dirigé par le Dr D. Job, développe, depuis le début des années '90, la culture de champignons comestibles, en association avec l'industrie. Les recherches portent principalement sur les points suivants:

    • sélection de souches adéquates pour la production industrielle
    • production de substrats appropriés à partir de déchets de l'agriculture et de l'industrie
    • analyse des facteurs environnementaux influençant la physiologie de la croissance de ces champignons

    Nous avons développé des méthodes permettant de cultiver et de faire fructifier industriellement les espèces suivantes :
    Agaricus blazei
    Agrocybe aegerita
    Fistulina hepatica
    Flammulina velutipes
    Grifola frondosa
    Hericium erinaceum
    Hypsizigus marmoreus
    Kuehneromyces mutabilis
    Lentinus conchatus
    Lentinus edodes
    Lyophillum ulmarium
    L. aggregatum
    Meripilus giganteus
    Pholiota nameko
    Pleurotus citrinopileatus
    Pl.eous
    Pl. eryngii
    Pl. ostreatus
    Polyporus squamosus
    P. tuberaster
    Sparassis crispa
    Sp. Laminosa
    Stropharia rugosa-annulata

    Les connaissances acquises dans cette recherche ont permis d'aborder la culture d'espèces potentiellement intéressantes pour le domaine pharmacologique. Nous nous intéressons également, au sein d'une espèce, à la modulation morphologique et biochimique en fonction de la souche et des conditions trophiques et environnementales. Le développement industriel de ces résultats est assuré par Mycotec SA et l'explotation industrielle par Mycobio SA à Neuchâtel.

  • Champignons supérieurs cultivables: quel intérêt pour la pharmacologie?

    Isabelle Giovannini, Daniel Job

    En raison de ses compétences dans la culture des champignons comestibles, le groupe de mycologie dirigé par le Dr. Job s'est orienté, depuis 1997, vers les champignons potentiellement intéressants pour la pharmacologie.

    La démarche de cette recherche a été la suivante :

    • Sélection de nouvelles espèces principalement en fonction de leurs utilisations dans les médecines populaires.
    • Obtention des souches grâce aux Sociétés Mycologiques Suisses, aux collections de culture ou à des récoltes pesonnelles et isolement en culture pure.
    • Développement des techniques culturales pour l'obtention de fructifications
    • Extractions des fructifications
    • Tests biologiques en collaborations avec différents partenaires spécialisés dans le domaine, par exemple tests antibactériens, antifongiques, larvicides, nématicides et antiradicalaires avec l'Institut de Pharmacognosie et Phytochimie, dirigé par le Professeur Kurt Hostettmann.
    • Isolement et caractérisation des molécules actives en collaboration avec les mêmes partenaires
    • Etude de la modulation potentielle d'une molécule active

    Les espèces actuellement obtenues sont les suivantes:
    Agrocybe aegerita
    Agaricus blazei
    Fistulina hepatica
    Flammulina velutipes
    Fomes fomentarius
    Fomitopsis pinicola
    Ganoderma applanatum
    G. resinaceum
    G. tsugae
    Grifola frondosa
    Hericium erinaceum
    Hypsizigus marmoreus Kuehneromyces mutabilis
    Lentinus conchatus
    Lentinus edodes
    Lyophillum ulmarium
    L. aggregatum
    Meripilus giganteus
    Pholiota nameko
    Pleurotus citrinopileatus
    Pl.eous
    Pl. eryngii
    Pl. ostreatus
    Polyporus ciliatus Polyporus squamosus
    P. tuberaster
    Pycnoporus cinnabarinus
    Schyzophillum commune
    Sparassis crispa
    Sp. laminosa
    Stropharia rugosa-annulata
    Trametes gibbosa
    Tr. hirsuta
    Tr. suaveolens
    Tr. versicolor

    Nous travaillons actuellement sur la culture de :

    Agaricus blazei
    Fomitopsis pinicola
    Grifola umbellata
    Laricifomes officinalis
    Lentinus tuberregium
    Polyporus sulfureus
    Pycnoporus cinnabarinus

  • Interaction entre électricité et champignons

    Cédric Paroz et Daniel Job

  • Implication des champignons dans la formation de dépôts secondaires de calcite en milieu terrestre

    Saskia Bindschedler, Daniel Job, Eric Verrecchia (Unil).

    Collaborations: Guillaume Cailleau et Laure Millière, Université de Lausanne & Olivier Braissant, Universität Basel.

    La thématique générale de ce projet s'est penchée sur les processus menant à des accumulations de carbonate de calcium (CaCO3) secondaires dans les environnements terrestres, ceci en lien avec la végétation et les micro-organismes associés. Cette étude s'est concentrée plus spécifiquement sur des dépôts particuliers que l'on rencontre dans les sols, les formations superficielles et les grottes. Ils sont composés de deux habitus différents de la calcite : la calcite en aiguille (ou NFC pour Needle Fibre Calcite) et les nanofibres. L'origine de ces deux formes particulières de la calcite est sujette à controverses, des hypothèses purement physico-chimiques ou biologiques s'affrontant.

    En se basant sur plusieurs observations, cette étude propose une origine fongique pour les deux formes de calcite, NFC et nanofibres. En effet, les champignons sont des organismes communs dans les sols et les grottes ; de plus, ils sont fréquemment associés à des accumulations secondaires de CaCO3. Puis, autre fait intéressant, des aiguilles de calcite ont été observées dans des manchons organiques préalablement interprétés comme étant des hyphes fongiques (Cailleau et al. 2009).

    Ce projet a permis de mettre en évidence le rôle des champignons dans la précipitation et l'accumulation de carbonate de calcium, ainsi que dans la diagenèse précoce et la séquestration de carbone dans les environnements continentaux. Parce que les champignons sont très largement représentés dans les environnements terrestres, cette étude souligne les rôles importants des champignons et de la matière organique dans le cycle couplé carbonate-carbone.

    Pluri-disciplinaire par essence, cette étude a été effectuée en collaboration avec des géologues. Ainsi, des outils de la microbiologie, mais aussi de la pétrologie et de la biogéochimie ont été utilisés afin de comprendre, d'évaluer et de mesurer le rôle potentiel des champignons dans la formation de carbonate de calcium à la surface des continents.

  • Destin et effets de bioinoculants bactériens promoteurs de la croissance végétale (PGPR) à l'intérieur des communautés de la rhizosphère
  • Ecologie d'anammox dans les écosystèmes terrestres

    Sylvia Humbert, Sonia Tarnawski, Jakob Zopfi

    Anammox est un processus reconnu comme ayant une grande importance dans la formation d'azote moléculaire dans les écosystèmes aquatiques (jusqu'à plus de 60% de l'azote moléculaire produit, Kuenen 2008), et dans l'élimination de composés azotés dans le traitement des eaux usées. Cependant, rien n'est actuellement connu quant à la diversité, la distribution et l'activité des bactéries anammox dans les écosystèmes terrestres.
    Les objectifs de ce travail ont été i) de voir si les bactéries anammox sont présentes dans les écosystèmes terrestres et leur attribuer une affiliation phylogénétique, ii) d'analyser leur distribution dans un environnement précis et finalement, iii) de voir si elles sont actives et sous quelles conditions, afin d'évaluer leurs contributions à la formation de N2 en comparaison à la dénitrification.

    Le métabolisme des bactéries anammox nécessite la présence simultanée des formes oxydées et réduites de l'azote sous conditions anoxiques. Par conséquent, les zones de transition oxiques-anoxiques pourraient représenter des habitats favorables pour les bactéries anammox dans les écosystèmes terrestres. De tels environnements peuvent se retrouver i) dans la rhizosphère où l'oxygène, consommé par la respiration des racines et des microorganismes, crée localement un environnement plus anoxique que dans le sol distant, ce phénomène est inversé dans les sols saturés en eau, ii) dans les poches anoxiques au sein des macro-agrégats du sol, iii) aux interfaces sol/eau présentes dans les sols saturés en eau ou sous l'influence d'une nappe.

    En suivant cette hypothèse, de nombreux écosystèmes terrestres ont été prospectés: des milieux humides, des bords de lacs, des champs cultivés, un aquifère poreux, un permafrost, des tourbières. La présence et la diversité des bactéries anammox ont été analysées dans les échantillons des différents environnements en utilisant une approche de clonage-séquençage (PCR-nichée, clonage-séquençage). L'étude d'un réductisol en bordure de lac a été approfondie, et anammox a été détecté et quantifié le long du profil de sol par des incubations isotopiques-15N. Les paramètres physico-chimiques du reductisol ainsi que l'activité anammox ont été mesurés au printemps, en été et en automne afin de mieux comprendre la dynamique et les exigences écologiques de ces bactéries.

  • Cycle du fer dans un lac méromictique (la Cruz, Espagne) : un modèle proche de l'océan archéen

    Alexis Walter, Jakob Zopfi

    La chimie de l'océan anoxique de l'Archéen est caractérisée par une concentration élevée en fer réduit et faible en sulfate. De grandes quantités d'oxyde de fer ont précipité dans cet océan, donnant par la suite, à travers des processus de métamorphismes, la formation de fer rubané (ou BIF pour Banded Iron Formation).

    Sur la base d'études stratigraphiques, de données expérimentales de cultures bactériennes montrant une activité ferro-oxydante, ainsi que sur des raisonnements théoriques, l'hypothèse a été émise selon laquelle ces formations de fer rubané seraient le résultat d'une activité photosynthétique anoxygénique utilisant le fer réduit comme donneur d'électrons (photoferrotrophie). Cette hypothèse remplace celle qui considérait les formations de fer rubané comme le produit de la réaction abiotique du fer réduit et de l'oxygène nouvellement formé par photosynthèse oxygénique. Jusqu'à présent, cette activité photoferrotrophique n'a été décrite que dans des cultures pures de bactéries issues de sédiments. Cependant, ce métabolisme photoferrotrophique n'a toujours pas été décrit dans un environnement naturel dont la chimie ressemble à celle de l'Archéen.

    Nous avons donc examiné l'oxydation biologique du fer réduit dans un lac ayant une chimie proche de ce que pouvait être celle de l'Archéen. Afin de détecter et de caractériser les métabolismes ferro-oxydants du lac La Cruz, nous avons procédé à un profilage des conditions physico-chimiques, à des mesures in-situ de production primaire (14C), ainsi qu'à des expérimentations ex-situ sous conditions stimulatrices des métabolismes visés. Nous avons fait ces investigations à la fois sur la stratification d'été et celle d'hiver. L'abondance des bactéries photoferrotrophes, ainsi que celles des chimiolithoferrotrophes nitrate-dépendantes, a été quantifiée via des enrichissements MPN. Les souches enrichies ont été caractérisées par le clonage/séquençage de l'ADNr-16S.

    Nos résultats indiquent que l'activité photoferrotrophique se déroule tout au long de l'année alors, que la chimiolithoferrotrophie a lieu essentiellement en été et est indétectable en hiver. Pour la première fois, l'activité de tous les acteurs connus du cycle du fer ont été décrits dans un même environnement : une colonne d'eau moderne ayant une chimie proche de celle de l'Archéen.

  • Accumulation de cuivre, de cadmium et de sélénium par les champignons

    Gilles Farron , Daniel Job

    Collaborations: NCCR, EIAJ (Ecole d'Ingénieurs de l'Arc Jurassien), Université de Bologne

    La plupart des champignons (supérieurs et inférieurs) sont capables d'accumuler des éléments (par ex. métaux, métalloïdes) de manière considérable, notamment en milieu pollué. Chez les basidiomycètes, certaines concentrations analysées dans les fructifications dépassent parfois les normes légales pour la consommation. Certains résultats tendent à démontrer que les champignons mycorhiziques (Bolets, Chanterelles, Russules...) en milieu sauvage seraient de meilleurs accumulateurs que les saprophytes, avec une haute variabilité intraspécifique dans la capacité in vivo et in vitro d'accumuler un même élément. La capacité de solubiliser et ainsi de remobiliser des éléments par les champignons est un phénomène également connu.

    Nous étudions actuellement l'accumulation, par les basidiomycètes supérieurs, de cadmium naturellement présent dans une couche de roche calcaire affleurant dans certaines régions du Jura (La Vue-des-Alpes, NE). Le but de cette étude est i) d'analyser le contenu en cadmium dans les fructifications apparaissant dans des zones riches en Cd, ii) d'appréhender un éventuel effet du cadmium sur les communautés en place (DGGE) et sur la biomasse (ergostérol), iii) de connaître le potentiel de mobilisation (solubilisations, transformations), de résistance (biomasse produite, colonisation) et d'accumulation in vitro par quelques champignons.

    Autre élément étudié par le groupe Mycologie : le cuivre. Le but est d'analyser son effet sur les champignons des sols de vignes (vignobles de l'Abbaye de Bevaix, NE), en établissant des profils de communautés (DGGE) et en analysant la biomasse (par ex. évaluation de la colonisation, évolution temporelle, différences entre vignes). In vitro, nous avons isolé quelques souches représentatives afin d'analyser leur comportement (biomasse produite, colonisation, résistance) et leur capacité à transformer des formes insolubles de cuivre. Exemple photo : solubilisation d'oxyde de Cu et reprécipitation annulaire d'oxalate de Cu : une question d'état physiologique.

    En dernier lieu, nous étudions l'accumulation de sélénium in vitro par 3 espèces de champignons : Pholiota nameko, Pleurotus tuberregium et Agaricus blazei. Les conditions trophiques sont modulées afin d'optimaliser l'accumulation. Le but de cette étude est plutôt appliqué. L'exploitation du potentiel d'accumulation par les champignons, notamment du sélénium, est prometteuse dans certains domaines pharmacologiques.

    Outils et méthodes:

    Analyses élémentaires : Extractions séquentielles, spectrophotométrie, AAS, ICP-MS
    Localisation, imagerie : PIXE, EELS, EDAX
    Moléculaire : PCR, DGGE, clonage, séquençage
    Autres analyses : ergostérol, biomasse, croissance, morphologie, sécretions.

Travaux de master terminés

  • Rôle des champignons dans la structuration des sols d'une aulnaie blanche

    Gaëlle Monnat (master BGS), Daniel Job

    Ce travail a eu pour objectif de comprendre l'importance des champignons dans la structuration du sol en étudiant différents facteurs tels que :

    • la biomasse fongique active
    • l'importance du réseau mycélien
    • la diversité fongique et les sécrétions fongiques.

    Ce travail a consisté deux parties. La première est une analyse de terrain pour caractériser les aspects fongiques d'une aulnaie blanche de l'étage subalpin. La deuxième est une recherche expérimentale en microcosme pour étudier l'impact de deux champignons (un saprophyte et un mycorhizien) sur la structuration du sol.

  • Cycle biogéochimique du fer et suivi saisonnier des communautés bactériennes dans le lac du Loclat

    Christophe Paul (master BGS), Alexis Walter, Jakob Zopfi

    Ce travail de Master a eu pour but d’étudier le lac du Loclat (Suisse), un petit lac eutrophe pauvre en fer. Stratifié en été, il présente une zone anoxique dans sa partie inférieure. Ce travail a eu deux objectifs distincts. D’une part, il s’agissait d’étudier les bactéries ferro-oxydantes et effectuer un « contrôle » du lac de La Cruz, étudié par Alexis Walter dans le cadre de sa thèse de doctorat (c.f. projet « Cycle du fer »). D’autre part, un suivi saisonnier des communautés bactériennes et de l’environnement physico-chimique du lac a été effectué. Ce suivi a permis de décrire la variabilité spatiale et temporelle des communautés bactériennes, et de déterminer l’influence que l’environnement a sur celle-ci. De plus ce suivi constitue à lui tout seul un projet remarquable. Il a permis de décrire l’évolution de l’environnement physico-chimique et des communautés bactériennes du lac. Le modèle ainsi élaboré peut être d’une grande utilité pour de futures études sur ce site.