Responsable : POLY Franck

 

Composition de l’équipe (mise à jour décembre 2007)

Permanents :
Annie CLAYS-JOSSERAND (MC, Université Lyon 1)
Claire COMMEAUX (TR, CNRS)
Sonia CZARNES (MC, Université Lyon 1)
Valérie DEGRANGE (MC, Université Lyon 1)
Nadine GUILLAUMAUD (TR, Université Lyon 1)
Catherine LERONDELLE (IE, INRA)
Xavier LE ROUX (DR, INRA- détaché à la FRB)
Serge MICHALET (MC, Université Lyon 1)
Franck POLY (CR, CNRS- responsable équipe)
Agnès RICHAUME (MC, Université Lyon 1)

Non permanents :

Hanane Berchi (M2R, 2008-2009)
Léa CABROL (Thèse Véolia/EMA Ales, 2007-2009)
Lamiae EL MOUJAHID (Thèse Ministère, 2007-2010)
Nadia KHAMMAR (Post Doc Univ. Neuchatel, 2007-2009)
Caroline MOIROT (TR CDD, 2008)
Fabien OLIVIER (Post Doc Véolia, 2007-2009)
Nicolas DASSONVILLE (Post Doc- collaboration Université Libre de Bruxelles 2008-2009)
Tatiana PIERRET (Post Doc ATER, 2009)

 

 

Thèmes de recherche (mise à jour février 2007)

Les micro-organismes sont en grande partie responsables des flux de matière et d’énergie dans la biosphère et sont des acteurs importants du fonctionnement et de la dynamique des écosystèmes. Nous avons centré notre recherche sur 3 groupes fonctionnels bactériens impliqués dans le cycle de l’azote (nitrifiants, dénitrifiants, fixateurs libres). Ces 3 groupes fonctionnels sont responsables de processus complémentaires qui constituent des étapes clés du cycle de l’azote. Comme le montre la figure 1, le groupe des nitrifiants, responsables de l’oxydation de l’azote ammoniacal et/ou nitreux) et le groupe des dénitrifiants, responsables de la réduction des formes oxydées de l’azote, sont connectés sur le plan fonctionnel au niveau du nitrite et/ou du nitrate. Nitrification, dénitrification et fixation participent conjointement au contrôle des échanges d’azote entre la biosphère et l’atmosphère et à l’équilibre entre les principales formes d’azote minéral assimilables par les plantes (ammonium et nitrate). Nitrification et dénitrification sont impliquées dans les pertes d’azote du système sol, dans le contrôle de la charge nitrique des eaux de surface ou phréatiques, ainsi que dans l’émission de gaz traces polluants (oxydes d’azote).

 

Nos thématiques de recherche s’organisent schématiquement en quatre grands axes :

• Un aspect important du travail de notre équipe est l’étude des mécanismes de régulation de l’intensité des fonctions assurées par des microorganismes modèles ou des groupes fonctionnels de microorganismes modèles, en prenant en compte les différents niveaux de régulation possible, à savoir l’effectif, la diversité et la fonctionnalité de ces organismes. Un enjeu important est ici d’élucider les modalités de l’expression de gènes codant des enzymes clé (nitrate réductase, nitrite oxido-réductase…) en conditions naturelles ainsi que le déterminisme de la distribution spatiale des fonctions et des organismes associés.
• Un second aspect clé de notre travail est d’analyser les relations diversité-fonctionnement chez ces groupes microbiens, et plus précisément d’évaluer le rôle de la diversité taxonomique et fonctionnelle, en interactions avec les conditions environnementales, sur la réalisation de la fonction assurée par ces groupes microbiens modèles.
• Un troisième aspect important du travail de notre équipe consiste à évaluer l’effet de perturbations ou régimes de perturbations naturelles ou anthropiques sur l’activité, l’effectif et la diversité de groupes fonctionnels modèles, en s’intéressant notamment à leurs capacités de résistance et de résilience. Les capacités de colonisation d’habitats/niches vides ou appauvris après de fortes perturbations sont tout particulièrement étudiées. Nous évaluons la pertinence de l’utilisation de groupes fonctionnels du sol en tant qu’indicateurs pour évaluer l’impact des modifications ou des perturbations subies par les écosystèmes.
• Enfin, un quatrième aspect clé de notre travail est l’étude des effets des changements globaux (changements climatiques, modifications des modes d’usage des terres, modifications de la diversité des couverts végétaux) sur l’activité, l’effectif et la diversité de groupes fonctionnels modèles, en s’intéressant de plus à leur rôle dans le fonctionnement des écosystèmes.

 

Pour atteindre ces objectifs, notre équipe dispose des outils permettant de caractériser l’effectif (PCR quantitative, MPN, cytométrie en flux), la diversité (clonage-séquençage ; établissement d’empreintes génétiques par DGGE ou RFLP ciblant des gènes spécifiques de groupes fonctionnels…), les pools enzymatiques clés (sérologie) et l’activité (mesure par chromatographie en phase gazeuse, tests biochimiques, mesure de flux bruts d’azote par dilution isotopique 15N) des groupes nitrifiant, dénitrifiant et fixateur. A noter que notre équipe vient de mettre au point un outil pour caractériser la diversité de la communauté nitratante dans des échantillons environnementaux par clonage-séquençage et par DGGE ciblant le gène nxrA.

Projets de recherche en cours (mise à jour février 2007)

Axis # 1 : environmental drivers of microbial functioning

• Proteomic analysis of Nitrobacter hamburgensis under autotrophic, mixotrophic and heterotrophic conditions (PhD : S. Cottin) ; Supervisors : P. Potier & A. Richaume.
• Interaction between iron and nitrogen cycles : effect of green rust on denitrifiers under anoxic conditions ; Supervisor : A. Richaume ; coll. INRA Avignon.
• Tracing the fate of cellulose and related carbon sources in soil microorganisms by stable isotope probing (Master L. ElMouhajid) ; Supervisors : F. Poly & X. Le Roux ; coll. CEMAGREF Antony.

Axis # 2 : diversity and diversity-functioning-stability relationships

• Designing and testing a new molecular tool targeting nrxA gene to assess the diversity of nitrite-oxidizers in the environment (PhDs : S Wertz and E Attard) ; Supervisors : V. Degrange, F. Poly & X. Le Roux.
• Phylogenetic and functional diversity of nitrite-oxidizers ; Supervisors : V. Degrange, F. Poly & X. Le Roux., coll. Univ. Vienna (Austria)
• Impact of the erosion of microbial diversity for soil functioning and response to disturbances ; Supervisors : V. Degrange & X. Le Roux ; coll. INRA Narbonne, Univ. Aberdeen (UK).
• Role of taxonomic and functional diversity on the functioning of denitrifying community (post Doc : J. Salles) ; Supervisors : F. Poly & X. Le Roux.

Axis # 3 : resistance and resilience of microbial communities following disturbances

• Resistance and resilience of eubacterial, denitrifying and nitrifying communities following steam desinfestation in agricultural soils (PhD : D. Roux-Micholet) Supervisors : A. Clays & S. Czarnes ; coll. SERAIL SA., INRA Avignon.
• Impact of aboveground grazing by domestic and wild large herbivores on N cycling and soil microbial communities in temperate grasslands (France) and African savannas (Kenya, South Africa). Supervisors : X. Le Roux & F. Poly ; coll. INRA Clermont, INRA Dijon, INRA Toulouse, Bioemco Paris, Univ. Aberdeen (UK), USDA Fort Collins (USA), Univ. of Cape Town (South Africa).
• Effects of alternance of oxic and anoxic conditions on denitrifiers (Master C. Seguin) ; Supervisor : A. Richaume ; coll. INRA Avignon.
• Fire regime : a key determinant of soil denitrifying and nitrifying communities in mediteranean forest ecosystems ; Supervisors : S. Czarnes & A. Clays ; coll. FOREST-FOCUS consortium

Axis # 4 : impact of global change on soil microbial communities

• How do components of climate change (CO2, temperature, precipitation and N deposition) and their interactions impact soil nitrifiers and denitrifiers ? (Master C. Henry) ; Supervisors : X. Le Roux & F. Poly ; coll. Univ. Paris 11, Carnegie Inst. Stanford (USA), Arizona Univ. (USA)
• Soil microbial communities and associated N and C dynamics facing changes in land use (PhD E Attard) ; Supervisors : X. Le Roux & S. Recous ; coll. INRA Laon, INRA Lusignan, Univ. Pau, Arvalis Inst.
• Impact of forestry practices on denitrifying and nitrifying communities and soil N dynamics in French forest ecosystems ; Supervisors : F. Poly & X. Le Roux ; coll. INRA Nancy
• How does plant diversity influence the functioning and diversity of soil microbial communities ? Supervisors : X. Le Roux & F. Poly ; coll. Univ. Jena (Germany), Max Planck Inst. Jena (Germany)

 

Publications (depuis 2004) (mise à jour septembre 2008)

Articles dans des revues à comité de lecture
2008
•  Harper W.F., Terada A., Poly F., Le Roux X., Mazher M., and Smets B.F. (in press). The effect of hydroxylamine on the activity and aggregate size of autotrophic nitrifying bioreactor cultures. Biotechnol Bioen (FI 3,04)
•  Roux-Michollet D., Czarnes S., Adam B., Berry D., Commeaux C., Guillaumaud N., Le Roux X., Clays-Josserand A. 2008. Effects of steam disinfestation on community structure, abundance and activity of heterotrophic, denitrifying and nitrifying bacteria in an organic farming soil. Soil Biol. Biochem. 40 : 1836-1845 (FI 2,58)
•  Attard E., Degrange V., Klumpp K. Richaume A., Soussana J.F. & Le Roux X. 2008. How do grassland management history and bacterial microlocalisation affect the response of bacterial community structure to changes in aboveground grazing regime ? Soil Biol. Biochem. 40 : 1244-1252 (FI 2,58)
•  Le Roux X., Poly F., Currey P., Commeaux C., Hai B., Nicol G.W., Prosser J.I., Schloter M., Attard E. &. Klumpp K. 2008. Effects of aboveground grazing on coupling among nitrifier activity, abundance and community structure. ISME J. 2 : 221- 231 (FI ND)
•  Patra A.K., Le Roux X., Grayston S.J., Loiseau P. & Louault F. 2008. Unraveling the effects of management regime and plant species on soil organic carbon and microbial phospholipid fatty acid profiles in grassland soils. Bioresour. Technol. 99 : 3545-3551 (FI 3,10)
•  Poly F. ; Wertz S., Brothier E. & Degrange V. 2008. First exploration of Nitrobacter diversity in soils by a PCR cloning-sequencing approach targeting functional gene nxrA. FEMS Microbiol. Ecol. 63 : 132- 140 (FI 3,16)
•  Wertz S., Poly F., Le Roux X. & Degrange V. 2008. Development and application of a PCR-DGGE tool to study the diversity of Nitrobacter-like nxrA sequences in soil. FEMS Microbiol. Ecol. 63 : 261- 271 (FI 3,16)

2007
•  El Zemrany H., Czarnes S., Hallett P.D., Alamercery S., Bally R. & Jocteur Monrozier L. 2007. Early changes in root characteristics of maize (Zea mays) following seed inoculation with the PGPR Azospirillum lipoferum CRT1. Plant and Soil 291 : 109-118. (FI 1,82)
•  Patra A.K., Le Roux X., Abbadie L., Clays A., Poly F., Loiseau P. & Louault F. 2007. Effect of microbial activity and nitrogen mineralization on free-living nitrogen fixation in permanent grassland soils. J. Agron. Crop Sci. 193 : 153-156. (FI 0,89)
•  Robson T.M., Lavorel S., Clement J.C. & Le Roux X. 2007. Neglect of mowing and fertilisation leads to slower nitrogen cycling in subalpine grasslands. Soil Biol. Biochem. 39 : 930-941. (FI 2,58)
•  Wertz S., Czarnes S., Bartolli F., Renault P., Commeaux C., Guillaumaud N. & Clays A. 2007. Early-stage bacterial colonization between a sterilized remoulded soil clod and natural soil aggregates of the same soil. Soil Biol. Biochem. 39 : 3127-3137. (FI 2,58)
•  Wertz S., Degrange V., Prosser J.I., Poly F., Commeaux C., Guillaumaud N. & Le Roux X. 2007. Decline of soil microbial diversity does not influence the resistance and resilience of nitrifiers and denitrifiers following a model disturbance. Env. Microbiol. 9 : 2211-2219. (FI 4,93)

2006
•  Barnard R., Le Roux X., Hungate B.A., Cleland E.E., Blankinship J.C., Barthes L. & Leadley P.W. 2006. Several components of global change alter nitrifying and denitrifying activities in an annual grassland. Funct. Ecol. 20 : 557-564. (FI 3,16)
•  Carter M.S., Klumpp K. & Le Roux X. 2006. Lack of increased availability of root-derived C may explain the low N2O emission from low N-urine patches. Nutrient Cycling Agroecos. 75 : 91-100. (FI 1,12)
•  Frak E., Le Roux X., Millard P., Guillaumie S. & Wendler R. 2006. N availability, local light regime and leaf rank effects on the amount and sources of N allocated within the foliage of young walnut (Juglans nigra x regia) trees. Tree Physiol. 26 : 43-49. (FI 2,14)
•  Imfeld G., Shani N., Roesti D., Fromin N., Rossi P., Gaur R., Locatelli L., Poly F., Johri B.N., and Aragno M. 2006. Diversity of phlD alleles in the rhizosphere of wheat cropped under annual rice-wheat rotation in fields of the Indo-Gangetic plains : influence of cultural conditions. Current Sci. 90 : 1521-1525. (FI 0,8)
•  Le Roux X., Philippot L., Degrange V., Poly F. & Wertz S. 2006. Relations biodiversité - fonctionnement chez les microorganismes. Biofutur 268 : 50-53. (FI 0,08)
•  Osório M.L., Breia E., Rodrigues A., Osório J., Le Roux X., Daudet F.A., Ferreira I., Chaves M.M. 2006. Limitations to carbon assimilation by mild drought in nectarine trees growing under field conditions. Env. Exp. Bot. 55 : 235-247. (FI 1,81)
•  Patra A.K., Abbadie L., Clays A., Degrange V., Grayston S., Guillaumaud N., Loiseau P., Louault F., Mahmood S., Nazaret S., Philippot L., Poly F., Prosser J.I. & Le Roux X. 2006. Effects of management regime and plant species on the enzyme activity and genetic structure of N-fixing, denitrifying and nitrifying bacterial communities in grassland soils. Env. Microbiol. 8 : 1005-1016. (FI 4,93)
•  Rapp D., Potier P., Jocteur-Monrozier L. & Richaume A. 2006 Prion degradation in soil : possible role of microbial enzymes stimulated by the decomposition of buried carcasses. Env. Sci. Techn. 40 : 6324-6329. (FI 4,36)
•  Saison C., Degrange V., Oliver R., Millard P., Commeaux C., Montange D. & Le Roux X. 2006. Alteration and resilience of the soil microbial community following compost amendment : effects of compost level and compost-borne microbial community. Env. Microbiol. 8 : 247-257. (FI 4,93)
•  Wertz S., Degrange V., Prosser J., Poly F., Commeaux C., Freitag T., Guillaumaud N. & Le Roux X. 2006. Maintenance of soil functioning following erosion of microbial diversity. Env. Microbiol. 8 : 2162-2169. (FI 4,93)

2005
•  Bertrand H., Poly F., Tran Van V., Lombard N., Nalin R., Vogel T.M. & Simonet P. 2005. High molecular weight DNA recovery from soils prerequisite for biotechnological metagenomic library construction. J. Microbiol. Methods 62:1-11. (FI 2,153)
•  Delaire M., Frak E., Sigogne M., Adam B., Beaujard F. & Le Roux X. 2005. Sudden increase in atmospheric [CO2] reveals the strong coupling between shoot carbon uptake and root nutrient uptake in young walnut trees. Tree Physiol. 25 : 229-235. (FI 2,14)
•  Hery M., Philippot L., Mériaux E., Poly F., Le Roux X. & Navarro E. 2005. Nickel mine spoils revegetation attempts : Effect of pioneer plants on two functional bacterial communities involved in the N cycle. Env. Microbiol. 7 : 486-498. (FI 4,93)
•  Khammar N., Malhautier L., Degrange V., Lensi R., .Godon J.J. and Fanlo J.L. 2005. Link between spatial structure of microbial communities and degradation of a complex mixture of volatile organic compounds in peat biofilters. J. Appl. Microbiol. 98 : 476-490. (FI 2,5)
•  Loiseau P., Louault F., Le Roux X. & Bardy M. 2005. Does extensification of rich grasslands alter the C and N cycles, directly or via species composition ? Basic Appl. Ecol. 6 : 275-287. (FI 2,25)
•  Patra A.K., Abbadie L., Clays A., Degrange V., Grayston S., Loiseau P., Louault F., Mahmood S., Nazaret S., Philippot L., Poly F., Prosser J.I., Richaume A. & Le Roux X. 2005. Effect of grazing on microbial functional groups involved in soil N dynamics. Ecol. Monographs 75 : 65-80. (FI 8,12)
•  Sankaran M., Hanan N.P., Scholes R.J., Ratnam J., Augustine D.J., Cade B.S., Gignoux J., Higgins S., Le Roux X., Ludwig F., Ardo J., Banyikwa F., Bronn A., Bucini G., Caylor K., Coughenour M.B., Diouf A., Ekaya W., Feral C., February E., Frost P., Hiernaux P., Hrabar H., Metzger K., Prins H.H.T., Ringrose S., Sea W., Tews J., Worden J. & Zambatis N. 2005. Determinants of woody cover in African Savannas. Nature 438 : 846-849. (FI 28,75)

2004
•  Barnard R., Barthes L., Le Roux X., Harmens H., Raschi R., Soussana J.F., Winkler B. & Leadley P.W. 2004. Atmospheric CO2 elevation has little effect on nitrification and denitrification processes in European grasslands. Global Change Biol. 10 : 488-497. (FI 4,79)
•  Barnard R., Barthes L., Le Roux X. & Leadley P.W. 2004. Dynamics of nitrifying activities, denitrifying activities and nitrogen in grassland mesocosms as altered by elevated CO2. New Phytol. 162 : 365-376. (FI 5,25)
•  Cannavo P., Richaume A. & Lafolie F. 2004.Fate of nitrogen and carbon in the vadose zone : in situ and laboratory measurements of seasonal variations in aerobic respiratory and denitrifying activities. Soil Biol. Biochem. 36 : 463-478. (FI 2,58)
•  Dassonville F., Godon J.J., Renault P., Richaume A. & Cambier P. 2004. Microbial dynamics in an anaerobic soil slurry amended with glucose and their dependence on geochemical processes. Soil Biol. Biochem. 36 : 1417-1430. (FI 2,58)
•  Khammar N., Malhautier L., Degrange V., Lensi R. & Fanlo J.L. 2004. Evaluation of dispersion methods for enumeration of micro-organisms from peat and activated carbon biofilters treating volatile organic compounds. Chemosphere 54 : 243-254. (FI 2,74)
•  Lata J.C., Degrange V., Raynaud X., Maron P.A., Lensi R. & Abbadie L. 2004. Grass populations control nitrification processes in savanna soils. Func. Ecol. 18 : 605-611. (FI 3,6)
•  Maron P.A., Richaume A., Potier P., Lata J.C. & Lensi R. 2004. Immunological method for the assessment of the functionnality of a denitrifying strain of Pseudomonas fluorescens in soil. J. Microbiol. Methods 58 : 13-21. (FI 2,15)
•  Simioni G., Le Roux X., Gignoux J. & Walcroft A.S. 2004. Leaf gas exchange characteristics and water- and nitrogen-use efficiencies of dominant grass and tree species in a West African savanna. Plant Ecol. 173 : 233-246. (FI 1,24)
•  Simioni G., Gignoux J., Le Roux X., Appé R. & Benest D. 2004. Spatial and temporal variations in leaf area index, specific leaf area, and leaf nitrogen of two co-occurring savanna tree species. Tree Physiol. 24 : 205-216. (FI 2,14)
•  Walcroft A.S., Lescourret F., Génard M., Sinoquet H., Le Roux X. & Donès N. 2004. Does variability in shoot carbon assimilation within the tree crown explain variability in fruit growth of peach ?. Tree Physiol. 24 : 313-322. (FI 2,14).

Livres en anglais
Abbadie L., Gignoux J., Le Roux X. & Lepage M. (Eds) 2006. Lamto : structure, functioning, and dynamics of a savanna ecosystem. Springer Verlag, Ecological Studies, 179, New York, 415 pp., (ISBN : 0-387-94844-9).
Chapitres de livre en anglais
Abbadie L., Gignoux J., Lepage M. & Le Roux X. 2006. Chapter 4 : Environnemental constraints on living organisms. In : "Lamto : structure, functioning, and dynamics of a savanna ecosystem." (Abbadie L., Gignoux J., Le Roux X. & Lepage M. Eds), Springer Verlag, Ecological Studies, 179, New York, 45-61.
Gignoux J., Le Roux X. & Abbadie L. 2006. Chapter 21 : Perspectives : from the Lamto experience to critical issues for savanna ecology research. In : "Lamto : structure, functioning, and dynamics of a savanna ecosystem." (Abbadie L., Gignoux J., Le Roux X. & Lepage M. Eds), Springer Verlag, Ecological Studies, 179, New York, 392-407.
Le Roux X. 2006. Chapter 3 : Climate. In : "Lamto : structure, functioning, and dynamics of a savanna ecosystem." (Abbadie L., Gignoux J., Le Roux X. & Lepage M. Eds), Springer Verlag, Ecological Studies, 179, New York, 25-44.
Le Roux X. & Monteny B. 2006. Chapter 6 : Soil-plant-atmosphere exchanges. In : "Lamto : structure, functioning, and dynamics of a savanna ecosystem." (Abbadie L., Gignoux J., Le Roux X. & Lepage M. Eds), Springer Verlag, Ecological Studies, 179, New York, 77-113.
Le Roux X., Gignoux J. & Simioni G. 2006. Chapter 9 : Modelling the relationships between vegetation structure and functioning, and modeling savanna functioning from plot to region. In : "Lamto : structure, functioning, and dynamics of a savanna ecosystem." (Abbadie L., Gignoux J., Le Roux X. & Lepage M. Eds), Springer Verlag, Ecological Studies, 179, New York, 163-183.
Le Roux X., Abbadie L., Fritz H. & Leriche H. 2006. Chapter 10 : Modification of the savanna functioning by herbivores. In : "Lamto : structure, functioning, and dynamics of a savanna ecosystem." (Abbadie L., Gignoux J., Le Roux X. & Lepage M. Eds), Springer Verlag, Ecological Studies, 179, New York, 185-198.
Le Roux X., Abbadie L. & Gignoux J. 2006. Chapter 20 : A synthetic overview of Lamto savanna ecology : importance of structure-functioning-dynamics relationships. In : "Lamto : structure, functioning, and dynamics of a savanna ecosystem." (Abbadie L., Gignoux J., Le Roux X. & Lepage M. Eds), Springer Verlag, Ecological Studies, 179, New York, 382-392.
Mordelet P. & Le Roux X. 2006. Chapter 8 : Tree/grass interactions. In : "Lamto : structure, functioning, and dynamics of a savanna ecosystem." (Abbadie L., Gignoux J., Le Roux X. & Lepage M. Eds), Springer Verlag, Ecological Studies, 179, New York, 139-161.

Articles de vulgarisation
Le Roux X., Philippot L., Degrange V., Poly F. & Wertz S. 2006. Relations biodiversité - fonctionnement chez les microorganismes. Biofutur 268 : 50-53.