COMICONS — Contribution des 'comammox' à la nitrification dans les sols

La transformation de l'azote (N) dans l'environnement repre´sente sans doute le cycle bioge´ochimique le plus anthropise´ sur Terre. L'apport d’N par les engrais (100 Tg / an) et le de´po^t d’N atmosphe´rique (25 Tg / an) de´passe maintenant celui la fixation naturelle de l'N (110 Tg / an) et l’utilisation d'engrais devrait encore augmenter avec l’accroissement de la population mondiale. En plus d'entrai^ner des conse´quences environnementales ne´fastes sur les ecosyste`mes terrestres et aquatiques, l’apport d'azote re´actif sous forme d’engrais contribue a` l’augmentation des e´missions de l'oxyde nitreux (N2O), un gaz a` effet de serre e´galement implique´ dans la destruction de l'ozone stratosphe´rique. Un processus cle´ de la conversion de l'azote dans l'environnement est le processus de nitrification par lequel l'ammonium est oxyde´ en nitrate via le nitrite. Alors que l'ammonium est retenu dans le sol, le nitrate est tre`s mobile et facilement lessivable. L'oxydation de l'ammonium par nitrification est ainsi responsable d’une perte estime´e de 67% des engrais applique´s avec un cou^t e´conomique global de 15,9 milliards de dollars. Ce processus de nitrification est traditionnellement conside´re´ comme e´tant re´alise´ par deux groupes microbiens physiologiquement distincts, l'ammonium oxyde´ en nitrite par les microorganisms nitrosants (AO) et le nitrite en nitrate par les bacte´ries nitratantes (NOB). Jusqu'a` re´cemment, deux grands groupes, les archaea (AOA) et les bacte´ries (AOB) oxydant l’ammonium ont e´te´ conside´re´s comme les seuls capables d’utiliser l'ammonium comme seul source d'e´nergie. Au cours de la dernie`re de´cennie, des diffe´rences de niche au sein des AOA et AOB mais aussi entre ces deux groupes ont été démontrés, ainsi que des diffe´rences dans leurs contributions relatives a` la perte d'engrais azote´s et aux pollutions associe´es. Cependant, en 2015, deux e´tudes ont conduit a` un changement de paradigme en re´ve´lant que les bacte´ries appartenant au phylum Nitrospira sont capables d’effectuer les deux e´tapes du processus de nitrification i.e. d’oxyder comple`tement l'ammonium en nitrate, ou «comammox». Cette de´couverte e´tait surprenante car toutes les souches de Nitrospira connues e´taient capables d’effectuer uniquement que la seconde e´tape de nitrification. Il est toutefois important de noter que l'abondance des communaute´s de Nitrospira dans de nombreux environnements, y compris le sol, est ge´ne´ralement supe´rieure a` celle des AOA ou des l'AOB, ce qui indique qu'elles peuvent contribuer significativement a` l'oxydation de l'ammonium. Il est donc urgent de de´terminer leur importance fonctionnelle dans les sols et si ces microorganisms contribuent de manie`re significative aux perte d'azote et a` la pollution liée aux engrais. COMICONS propose une approche pluridisciplinaire combinant des expertises en microbiologie, e´cologie mole´culaire, ge´nomique, bioge´ochimie et modelisation pour caracte´riser la physiologie, la ou les niche (s) e´cologique (s) des bacte´ries comammox et leur contribution globale aux processus du cycle de l'azote dans le sol. Plus pre´cise´ment, nous de´terminerons dans quelles conditions les bacte´ries comammox sont actives dans le sol et quelles sont les sources d'azote utilise´es pour la croissance. Nous caracte´riserons leur activite´ in situ dans le sol, et nous conduirons une analyse physiologique de´taille´e des nouvelles souches obtenues en laboratoire. De plus, nous quantifierons e´galement leur contribution aux transformations d’N dans le sol en lien avec l'ajout d'engrais, leur contribution aux e´missions d'oxyde nitreux et leurs niches e´cologiques par rapport aux autres groupes caracte´rise´s oxydants l’ammonium. Ce projet de recherche me`nera a` une perce´e fondamentale dans la compre´hension des principaux acteurs du cycle de l'azote pour de´velopper des approches visant a` atte´nuer la pollution associe´e a` la nitrification.