Evaluation of green microalgae biodiversity in the alpine ecosystem

Les algues regroupent des organismes photosynthétiques divers, procaryotes et eucaryotes, peuplant la quasi-totalité des milieux, des eaux douces et océans, aux sols, surfaces rocheuses, neiges etc. Parmi celles-ci, les algues vertes constituent un groupe particulièrement répandu et divers dans les écosystèmes aéro-terrestres. Les algues sont des producteurs primaires à la base des réseaux trophiques et peuvent jouer un rôle pionnier dans la conquête de milieux. Notre compréhension de l’évolution des écosystèmes alpins est néanmoins limitée par notre manque de connaissance de la microflore photosynthétique. La biodiversité des Chlorophyta a été examinée par des analyses de metabarcoding. Les Chlorophyceae étant la classe la plus importante et diverse, nos études se sont focalisées sur ce groupe. Dans un premier temps, deux nouveaux marqueurs des Chlorophyta et des Chlorophyceae, Chlo01 et Chlo02, ont donc été conçus. Ces marqueurs ont été exploités pour analyser des échantillons de sols collectés sur des gradients altitudinaux, au niveau de cinq sites différents des Alpes Françaises, de 1,000 à 3,000 m. Notre analyse montre une faible présence d’ADN de Chlorophyta dans le sol, celui-ci étant plutôt dominé par les Trebouxiophyceae. L’altitude ne semble pas être le paramètre majeur déterminant la biodiversité alpha des algues vertes, et d’autres facteurs semblent y contribuer, mais elle affecte la distribution de certaines espèces. Nous avons ensuite évalué la biodiversité des algues vertes dans les lacs alpins, et sur un site à 2,500 m d’altitude présentant un bloom d’algues des neiges. Les lacs présentent une biodiversité riche, avec une plus grande proportion de Chlorophyceae et de Trebouxiophyceae que d’Ulvophyceaea. Le site de neige rouge présentait quasi-exclusivement des Chlorophyceae tandis que le sol environnant était dominé par les Trebouxiophyceae. Le genre Sanguina était abondant dans les échantillons de neige, confirmant nos analyses microscopiques montrant la présence de formes enkystées pigmentées. Enfin, des échantillons d’algues collectées de 2017 à 2019 dans des neiges rouges dans la région du col du Lautaret ont été mises en culture au laboratoire puis isolées et axénisées. Elles présentent une diversité inattendue. Nous avons ainsi établi une collection originale de 15 lignées isolées de la neige, formant le cœur d’une collection nouvelle pour la recherche et l’éducation, dont trois lignées ont déjà été soumises à un séquençage génomique pour de futures études.Algae populate nearly every type of environment, from freshwaters and oceans to soil, rock surfaces, ice, snow, etc. They are primary producers at the base of trophic networks, and can play a pioneering role in the conquest of new habitats. In temperate regions, mountain environments are characterized by a sharp gradient of decreasing temperatures, increasing light and UV exposition, and low water content in the soil or low nutrient content in the snow and ice. Green eukaryotic microalgae dominate freshwater and aeroterrestrial environments. Their biodiversity in the Alps is still mostly unknown, and the factors that drive it, poorly understood. Mechanisms of adaptation of green algae to the vast array of conditions in the Alps are barely explored. To narrow the gap in our knowledge, we addressed the biodiversity of green algae in the French Alps. We focused on Chlorophyta and its main class, the Chlorophyceae. Two new markers were designed for a metabarcoding study of Chlorophyta and Chlorophyceae in soil, lakes and snow. The level of Chlorophyta DNA proved to be extremely low in soil samples, dominated by Trebouxiophyceae. Sampling of soil over several altitude gradients from 1,000 to 3,000 m, at five distinct locations in the French Alps, showed that altitude was not a major driver of green algae α-biodiversity, but was determinant along with pH, nitrogen and carbon/nitrogen soil content for the distribution at genus and species levels. Lakes had more balanced proportions and the highest diversity of algae overall, with more Chlorophyceae and Trebouxiophyceae than Ulvophyceaea. Chlorophyceae constituted almost all snow algae at a selected site at 2,500 m altitude, including species of the Sanguina genus. Snow algae in the region of the Col du Lautaret were collected from 2017 to 2019, cultured in the laboratory, isolated and axenized. The fifteen strains isolated constitute a new Lautaret Culture Collection. The classical snow alga, Chlamydomonas nivalis, was not found in snow sites therefore a C. nivalis strain from the University of Texas collection was used as a reference. We made a preliminary analysis of physiological responses of multiple strains, giving insight for future comprehensive characterizations. The full genome of C. nivalis and three isolated strains were sequenced and revealed potential new species. This project confirmed the use of two new green algae markers, paves the way for more thorough aeroterrestrial algae studies and will allow in depth molecular biology of some selected snow algae strains in the future