Modélisation éco-environnementale des interactions phytoplancton-virus en réponse au réchauffement du milieu marin : quelle évolution de la pompe à carbone dans le golfe du Lion d'aujourd'hui à l'horizon 2100 ? // Eco-environmental modelling of phytoplank

Les océans constituent le principal puits de carbone de la planète [1]. La moitié de la production primaire globale a en effet lieu à leur surface et est due aux organismes phytoplanctoniques [2-3] constituant le socle des réseaux trophiques marins [4]. Le devenir de la biomasse végétale produite est un déterminant essentiel de la capacité de l'océan à stocker le CO2 atmosphérique dans ses couches profondes [5]. L'efficacité de cette ‘pompe à carbone' est en effet déterminée par la balance entre la mobilisation de la biomasse végétale dans les niveaux trophiques supérieurs et sa sédimentation dans les couches profondes [6-7]. L'identification des déterminants clés de cette balance mobilisation/sédimentation constitue un enjeu scientifique et socio-économiques majeur. Cette dernière n'est en effet pas fixe et il a été montré que ses variations spatiales et temporelles dépendent des dynamiques d'interaction entre phytoplancton et virus marins [8-9].

Les espèces phytoplanctoniques sont les hôtes d'une grande diversité de virus, et notamment de virus à ADN double brins, les phycoDNAviruses, qui sont à la fois ubiquistes et des regulateurs clés des populations phytoplanctoniques, jouant ainsi un rôle de plus en plus largement reconnu dans le cycle du carbone. Ce rôle est tel qu'il existe de fortes relations entre l'absorption de carbone et la présence de prasinovirus, le principal genre de phycoDNAvirus, qui lysent les Mamiellophyceae, la classe dominante d'algues vertes dans les eaux cotières [10].Comprendre le rôle du phytoplancton, et notamment des Mamiellophyceae, dans le cycle du carbone implique donc de mieux connaitre leurs interactions avec leur virus.

Le milieu océanique joue également un rôle clé dans la thermo-régulation de la planète en absorbant 90% de la chaleur générée par la hausse des émissions de gaz à effet de serre [1, 11]. Ce rôle tampon se traduit par un réchauffement de la surface des océans de plus de 0,1 °C par décennie depuis 50 ans [11]. L'impact direct de la température sur les interactions phytoplankton-phycoDNAvirus a été montré expérimentalement [12–14], mais ses effets dans l'environnement naturel restent difficiles à appréhender car elle influence d'autres paramètres du milieu tels que la quantité de nutriments [15] et la salinité [16] qui, à leur tour, impactent l'interaction phytoplancton-virus [17]. Mieux connaître les interactions phytoplankton-phycoDNAvirus nécessitent donc de mieux comprendre comment celles-ci sont affectées par les divers variations abiotiques de l'environnement marin.

Le projet de doctorat est subdivisé en trois objectifs complémentaires. Le premier consiste à identifier les facteurs abiotiques ayant le plus d'influence sur l'abondance du phytoplancton. L'approche proposée repose sur l'exploitation de bases de données fournissant des i) mesures des facteurs environnementaux et des quantités observées (par télédétection) de Chlorophylle (Copernicus Marine), et des ii) données de metabarcoding de la communauté phytoplanctonique (développé à l'OOB, l'IFREMER et la fondation TARA Ocean), afin de caractériser les abondances spécifiques relatives dans des sites identifiés au sein du Golfe du Lion, et de les corréler aux variations des facteurs environnementaux. Le second objectif est d'intégrer les facteurs environnementaux clés ainsi identifiés à des modèles éco-épidémiologiques locaux et représentatifs des interactions en milieu naturel, pour analyser finement leurs effets individuels et combinés sur les interactions phytoplancton-virus au sein de chacun des sites d'étude. Le troisième objectif est de développer des modèles éco-épidémiologiques spatialisés à meso-échelle permettant de prédire le devenir de l'interaction en tenant compte de i) l'influence des mouvements passifs d'hôtes, de virus et de nutriments entre sites abiotiquement distincts et ii) des projections d'évolution des caractéristiques environnementales spécifiques au Golfe du Lion jusqu'à l'horizon 2100.
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The oceans are the planet's main carbon sink [1]. Half of global primary production takes place at their surface, and is due to phytoplanktonic organisms [2-3] that form the basis of marine food webs [4]. The fate of the plant biomass produced is an essential determinant of the ocean's capacity to store atmospheric CO2 in its deep layers [5]. The efficiency of this 'carbon pump' is in fact determined by the balance between the mobilization of plant biomass in the upper trophic levels and its sedimentation in those deep layers [6-7]. Identifying the key determinants of this mobilization/sedimentation balance is a major scientific and socio-economic challenge. This balance is not fixed, and it has been shown that its spatial and temporal variations depend on the dynamics of interaction between phytoplankton and marine viruses [8-9].

Phytoplanktonic species are hosts to a wide variety of viruses, including large double-stranded DNA viruses, phycoDNAviruses, which are both ubiquitous and key regulators of phytoplankton populations, thereby playing an increasingly recognized role in the carbon cycle. Such is this role that a strong relationship has recently been shown between carbon uptake and the presence of prasinoviruses, the main genus of phycoDNAviruses, which lyse Mamiellophyceae, the dominant class of green algae in coastal waters [10]. Understanding the role of phytoplankton, and Mamiellophyceae in particular, in the carbon cycle therefore requires a better understanding of their interactions with their viruses.

The ocean environment also plays a key role in the planet's thermoregulation, absorbing about 90% of the heat generated by rising greenhouse gas emissions [1, 11]. This buffering role is not without consequences and, over the past 50 years, the ocean surface has been warming by more than 0.1°C per decade [11]. The direct impact of temperature on phytoplankton-phycoDNAvirus interactions has been demonstrated experimentally [12-14], but its effects in the natural environment remain difficult to understand, as it indirectly influences other environmental parameters such as nutrient levels [15] and salinity [16], which in turn impact phytoplankton-virus interactions [17]. A better understanding of phytoplankton-phycoDNAvirus interactions therefore requires to elucidate how they are affected by various concomitant changes in the marine environment.

The PhD project is divided into three complementary objectives. The first is to identify the abiotic factors with the greatest influence on phytoplankton abundance in the natural environment. The proposed approach is to use open access databases providing i) measurements of environmental factors and Chlorophyll quantity (Copernic), and ii) metabarcoding data of phytoplankton community composition (developed by OOB, IFREMER and the TARA Ocean Foundation), to characterize the phytoplancton species relative abundances in identified sites within the Gulf of Lion, and to correlate them with variations in environmental factors. The second objective is to integrate the key environmental factors previously identified into eco-epidemiological models to analyze in detail their individual and combined effects on phytoplankton-virus interactions within each of the study sites. The third objective is to develop spatialized eco-epidemiological models to predict the fate of the interaction, taking into account i) the influence of passive movements of hosts, viruses and nutrients between abiotically heterogeneous zones, and ii) Gulf of Lion-specific projections of changes in environmental characteristics up to the year 2100.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université de Perpignan Via Domitia

305 Energie et Environnement

Nous recherchons un(e) candidat(e) doué(e) d'une forte inclinaison pour la modélisation en Biologie et d'un intérêt pour les dynamiques des interactions environnement-hôtes-virus. Il/elle devra disposer d'une formation solide en modélisation des systèmes biologiques lui permettant de développer et d'analyser des modèles de dynamiques écologiques qui seront forcés par les modifications des conditions environnementales. Le projet représente donc une opportunité de formation extrêmement intéressante pour un candidat possédant une réelle volonté de se former à une recherche interdisciplinaire au travers d'un projet possédant des implications tant fondamentales qu'appliquées.
We are looking for a PhD student with a strong inclination for the modelling of biological systems and with a genuine interest in understanding the dynamics of host-virus interactions. He/she will have a solid background in the Modelling of Biological System in order to contribute to the development and the analysis of ecological models that will be forced by changes in environmental conditions. The proposed project represents a true opportunity to develop interdisciplinary knowledge, skills and practice through researches that carry strong implications for both basic and applied questions.