Ecologie des communautés bactériennes associées aux minéraux dans les sols forestiers : effet des propriétés du sol, du type de minéral et du couvert forestier (ECOMIN)

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

Le sujet de thèse proposé s’inscrit dans une dynamique interdisciplinaire entre les unités « Interactions Arbres-microorganismes » (IAM) et «Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers» (BEF). Il vise à étudier les interactions entre propriétés du sol, couvert végétal et type de minéral sur la diversité et la structure des communautés bactériennes des sols et leur rôle dans l’altération des minéraux      

Contexte  Dans les régions tempérées, les minéraux et roches représentent la source principale de cations nutritifs des sols des écosystèmes à faible intrant telles que les forêts. Dans de tels environnements pauvres en nutriments et non-amendés, l’accès et le recyclage des cations nutritifs sont des processus clés pour la croissance et la productivité des arbres. Cependant, ces cations nutritifs ne sont pas directement accessibles aux racines des arbres car piégés dans la matière organique (MO) ou dans les minéraux/roches des sols. En conséquence, le processus d’altération des minéraux joue un rôle essentiel car il contribue à restaurer la fertilité des sols et à fournir des nutriments inorganiques nécessaires à la croissance des arbres. Cet aspect est d’autant plus renforcé dans les forêts exploitées pour lesquelles les nutriments contenus dans le bois et rémanents sont perdus pour l’écosystème lors de l’exportation du bois.  

Dans ce contexte, les interfaces minérales du sol et leur microbiote associé sont essentiels au renouvellement de la fertilité des sols forestiers. Cependant, tous les minéraux n’ont pas la même composition chimique (intérêt nutritif) et les mêmes propriétés physico-chimiques (réactivité). En effet, certains minéraux s’altèrent rapidement (ex : l’apatite) et d’autres sont très récalcitrants et peu nutritifs (ex :quartz). L’impact de ces différents minéraux sur le cycle des nutriments et la nutrition des plantes peut donc grandement varier en fonction du type de sol et du couvert forestier. Si l’implication des microorganismes dans le processus d’altération des minéraux et de nutrition des plantes est établi, les paramètres intrinsèques (propriétés des minéraux) et extrinsèques (facteurs environnementaux) régulant l’interaction bactérie/minéral ainsi que les mécanismes moléculaires impliqués sont mal compris et restent à caractériser.

Objectifs et méthodes La thèse aura pour objectif de déterminer comment s’opère l’interaction, la colonisation et l’altération des minéraux par les communautés bactériennes dans un contexte de sol forestier pauvre en nutriments. Le projet est basé sur l’hypothèse que les minéraux représentent une réserve nutritive, une interface réactionnelle et un habitat microbien pour des microorganismes adaptés (la minéralosphère ; Uroz et al., 2015).

Les hypothèses du projet de thèse ECOMIN sont :    i) la nature physico-chimique des minéraux joue le rôle de filtre environnemental sur les communautés bactériennes,    ii) les communautés bactériennes présentes à la surface des minéraux sont adaptées à ce milieu et efficaces pour altérer les minéraux et,   iii) un pilotage des communautés bactériennes s’exerce en fonction des conditions de milieu et des besoins nutritifs des arbres. Ce pilotage peut se faire directement sur les communautés bactériennes ou indirectement au travers de modification des propriétés des minéraux.   Afin de tester ces hypothèses, le projet s’appuiera sur des minéraux de nature chimique (ex : apatite, obsidienne,…) et ou de taille différente incubés dans les conditions de sol sur différents sites forestiers variant par les propriétés du sol et/ou le couvert forestier. Une mesure d’altération se fera par mesure de perte de masse et microscopie (MEB, TEM). L’analyse du microbiote de la minéralosphère et du sol environnant se fera par analyse métagénomique monogénique (16S rRNA), métagenomique shotgun et qPCR. Le/la candidat(e) bénéficiera des équipements et infrastructures du Centre INRAE de Champenoux et d’un accès privilégié aux sites expérimentaux et aux données associées.

Les candidats doivent envoyer d’ici au 15 juin un CV, relevés de notes (M1 et M2 même partiel) et au minimum une lettre de recommandation à Stephane Uroz

Coordonnées e-mail :

stephane.uroz@inrae.fr

marie-pierre.turpault@inrae.fr

Téléphone :  Renseignements

Stéphane UROZ 03.83.39.40.57

Références liées au projet :

 

- Uroz, S.*, Kelly, L.C., Turpault, M-P., Lepleux, C., and P. Frey-Klett. (2015) The Mineralosphere concept: mineralogical control of bacterial communities. Trends in Microbiology. 23, 751–762. 

- Kelly, LC., Collin, Y., Tupault, M-P. and Uroz, S.* (2015) Mineral type and solution chemistry affect the structure and composition of actively growing bacterial communities as revealed by bromodeoxyuridine immunocapture and 16S rRNA pyrosequencing. Microbial Ecology. Volume 72, 428–442. 

- Nicolitch, O., Colin, Y., Turpault, M. P., & Uroz, S. (2016). Soil type determines the distribution of nutrient mobilizing bacterial communities in the rhizosphere of beech trees. Soil Biology and Biochemistry, 103, 429-445.

- Colin, Y., Nicolitch, O., Turpault, M. P., & Uroz, S. (2017). Mineral types and tree species determine the functional and taxonomic structures of forest soil bacterial communities. Applied and environmental microbiology, 83(5), e02684-16.

- Picard, L., Blanco Nouche, C., Cochet, C., Turpault, M. P., & Uroz, S. (2023). Mineral weathering by Collimonas pratensis PMB3 (1) as a function of mineral properties, solution chemistry and carbon substrate. npj Materials Degradation, 7(1), 76.

- Blanco Nouche, C., Sar, J., Cochet, C., Armengaud, J., Turpault, M. P., & Uroz, S. (2025). Phosphate availability modulates the weathering effectiveness and molecular response of Caballeronia mineralivorans PML1 (12). BMC microbiology, 25(1), 555.

Formations et compétences recherchées

Diplôme minimum requis : Master 2 dans les domaines adaptés au sujet de thèse   

Le(la) candidat(e) aura des compétences en écologie microbienne, biologie moléculaire, bactériologie et si possible en biostatistiques/bioinformatiques. Le/la candidat(e) devra être motivé(e) par la recherche académique et l’interdisciplinarité

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

-  jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

Modalités pour postuler

Les candidats doivent envoyer d’ici au 15 juin un CV, relevés de notes (M1 et M2 même partiel) et au minimum une lettre de recommandation à Stephane Uroz, par email