Axe 3 : Médiations chimiques

 

Responsables 

  • David Giron (Tours)
  • Yaël Grosjean (Dijon)
  • Patricia Nagnan-Le Meillour (Lille)
  • Soizic Prado (Paris)

3.1 Situation actuelle et contexte international

L’étude des interactions chimiques à l’échelle des communautés et des écosystèmes, qu’ils soient aquatiques ou terrestres, est par essence pluridisciplinaire et en plein essor, alliant science de terrain et expérimentations en laboratoire. Elle bénéficie d’avancées technologiques majeures dans le domaine des sciences du vivant (« omics ») et de la chimie (RMN à haut champs, spectrométrie de masse haute résolution, métabolomique). De récents développements ont ainsi permis une meilleure caractérisation et quantification des composés impliqués dans les interactions multipartites au sein des écosystèmes, en combinant approches moléculaires et chimiques. Les études s’orientent aujourd’hui vers des analyses multi-échelles, de la compréhension des mécanismes chimiques au niveau cellulaire jusqu’aux conséquences écologiques et évolutives.

La prise en compte des interactions complexes et de leur implication sur les processus écosystémiques émerge dans différentes communautés scientifiques. De façon plus générale, le rôle des différents composés biosynthétisés par les organismes dans la structuration et l’évolution de la biodiversité fait l’objet d’un regain d’intérêt que ce soit dans les écosystèmes marins ou terrestres, des microorganismes aux organismes les plus complexes.

Par ailleurs, les données récentes de génomique et de métagénomique ont permis de révéler l’existence de nombreux microorganismes associés à leur hôte que ce soit en milieu terrestre ou marin. L’imbrication de ces relations a d’ailleurs conduit à l’émergence récente du concept d’holobionte, qui englobe, en tant que sujet d’étude, l’hôte et l’ensemble du microbiote associé comme un « méta-organisme ».

Ainsi, les études du rôle des partenaires écologiques, des médiateurs chimiques impliqués au cours de ces interactions mais également de leurs régulations sont aujourd’hui rendues possibles et permettent de mieux appréhender le fonctionnement des écosystèmes dans leur globalité mais également la compréhension de leur dynamique et de leur évolution à plus long terme.

Cependant, l’étude des médiations chimiques impliquées dans les interactions écologiques reste en France une discipline encore émergente, alors qu’à l’étranger de nombreux groupes se sont déjà structurés. Ce domaine doit donc être consolidé en France et ce notamment en développant des liens aux nombreuses interfaces existantes entre l’écologie et la chimie.

 

3.2 Objectifs spécifiques de l’axe

Les signaux chimiques jouent un rôle primordial à de nombreux niveaux écologiques, de l’espèce (e.g. dynamique des cycles de vie, phénologie, morphogénèse, croissance vs défense), aux réseaux trophiques (e.g. herbivorie y compris les grands herbivores, « brown food chain », relation proie/prédateur) jusqu’à la structuration des communautés mais aussi au niveau des cycles biogéochimiques intégrant le compartiment microbien, que ce soit en milieu marin ou terrestre.

Les objectifs de cet axe sont donc multiples et ont pour but de mieux appréhender les interactions chimiques à une échelle écosystémique ainsi que les phénomènes de rétroactions. En particulier :

– Les caractérisations chimiques et les rôles écologiques des médiateurs chimiques impliqués dans les interactions multipartites.
– L’analyse à différentes échelles : individus, communautés, écosystèmes en prenant en compte la variabilité temporelle et spatiale des interactions.
– La description et la modélisation des mécanismes impliqués dans la détection des molécules chimiques, en passant par les systèmes de codages et de décodages de ces informations sensorielles afin de conduire à une réponse comportementale adaptée.
– Le rôle des micro-organismes dans la médiation chimique entre micro-organismes, dans la fitness de l’hôte et dans les processus écosystémiques. Par exemple, chez les mammifères, le rôle du microbiote nasal dans l’équipement sensoriel pour la détection de molécules intra- ou inter-spécifiques.
– Les rôles des micro-partenaires symbiotiques dans la médiation chimique au sein des écosystèmes
– Les conséquences écologiques et évolutives de ces interactions.

 

3.3 Références

1- Chemical ecology of fungi, Peter Spiteller P., Natural Product Reports, 2015, 32, 971-994.
2-Chemicals and chemoreceptors: ecologically relevant signals driving behavior in Drosophila. Depetris-Chauvin A., et al. Frontiers in Ecology and Evolution. 2015, 3:41.
3- Olfactory epithelium changes in germfree mice. François, A. et al. Nature Scientific Reports, 2016, 6:24687 | DOI: 10.1038/srep24687.
4-Microbial communication leading to the activation of silent fungal secondary metabolite gene clusters. Netzker, T., et al. Frontiers in Microbiology, 2015, 6, 1-13.
5-Role of microorganisms in the evolution of animals and plants: the hologenome theory of evolution. Zilber-Rosenberg , Rosenberg E. FEMS Microbiol. Rev. 2008. 32(5):723-35.

 

Mots clés : Médiateurs chimiques, Métabolites secondaires, biosynthèse, holobionte, Allélopathie, Chimioperception, Biodiversité, Evolution, Fonctionnement des écosystèmes aquatiques et terrestres, Réseaux trophiques, Micro-partenaires symbiotiques.