Proposition de sujet de thèse 2012 MASTER : Ordre de priorité de la proposition(1) : Candidat(e)(1) Nom - Prénom : Date de naissance : Cursus de

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1 Proposition de sujet de thèse 2012 MASTER : Ordre de priorité de la proposition(1) : Candidat(e)(1) Nom - Prénom : Date de naissance : Cursus de second cycle (origine, années, mention) :; ; Mention et classement au Master (Xème sur Y) : Sujet de doctorat proposé Intitulé : Composition moléculaire et isotopique de la MOD dans l environnement marin Descriptif : L étude de la matière organique dissoute (MOD ou DOM) en milieu marin est l un des aspects majeurs de la compréhension du cycle du carbone, mais sa composition et réactivité biogéochimique sont très largement inconnues à ce jour. La méconnaissance du cycle biogéochimique de la MOD est largement due aux difficultés techniques et analytiques qui limitent sa caractérisation chimique et isotopique. L introduction de la technique d ultrafiltration sur de grands volumes d eau de mer a permis la collecte d échantillons concentrés de la matière organique du haut poids moléculaire (HMWDOM) de l ordre du gram autorisant des analyses spectrales, chimiques et isotopiques (Benner et al 1992 ; Benner 2002). La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) dans les eaux océaniques de surface montre que plus de 50% du carbone fait partie de la fraction bien définie des Acyl- Polysaccharides (APS) et que cette signature se retrouve dans tous les bassins océaniques (Aluwihare et al ; Repeta et al. 2002). Cependant l analyse au niveau moléculaire de la HMWDOM après une hydrolyse acide ne permet d identifier que les sucres neutres à hauteur de 10-20%, les acides aminés à 3-5% et les lipides à 2%. La majorité des sucres de la HMWDOM reste donc largement non identifiée à ce jour. Les sucres non identifiés par les techniques analytiques classiques sont probablement des 6-deoxysucres, des sucres méthylés, des sucres «chargés» (acides uroniques, sucres soufrés etc.) ou des sucres issus de polymères non hydrolysables sur lesquels peu d informations sont disponibles (Panagiotopoulos & Sempéré, 2005 ; Panagiotopoulos et al. 2007). Des travaux récents ont montré que les sucres neutres issus de l hydrolyse acide de la HMWDOM ont le même âge ( 14C) que le carbone inorganique dissous ce qui suggère que ces APS ont un temps de résidence court (<3 ans) et que leur synthèse à lieu dans la zone euphotique (Repeta and Aluwihare 2006). Cependant, ces résultats n ont pas été confirmé par des expériences de biodégradation (incubation de la HMWDOM avec des bactéries marines) sous les mêmes conditions in situ (pression, température). Objectifs et taches spécifiques Le but principal de cette Thèse est donc d identifier des nouveaux sucres issus de la fraction «carbohydrate» de la matière organique et d effectuer des analyses isotopiques (δ13c, 14C, δ15n) et des expériences de biodégradation sur ces composés isolés. Pour cela nous développerons/adapterons des méthodes pour l extraction, la séparation, la détection et l identification structurale en utilisant des outils tels que la chromatographie liquide couplée à la détection réfractométrique (purification) et la chromatographie échangeuse d ions couplée à une détection MS-MS (caractérisation structurale). Les taches spécifiques sont les suivantes : - Mettre en place un système d ultrafiltration (UF) afin d échantilloner de la matière organique dissoute du haut poids moléculaire (HMWDOM) - Isoler et caractériser chimiquement des sucres nouveaux (monosaccharides et polysaccharides) dans le pool de la HMWDOM -Développer la méthodologie pour extraire, séparer et analyser les sucres ioniques (sucres aminés, acides uroniques, sucres phosphorylés etc) dans des matrices marines tels que l HMWDOM, POM et dans le sédiment. - Faire des mesures isotopiques (δ13c, δ15n, 14C) dans des composés individuels (compound specific radiocarbon analysis) afin d obtenir des informations sur l âge, le rôle et le recyclage dans l environnement.

2 - Etudier la biodégradation de ces sucres par les bactéries marines sous pression hydrostatique et obtenir des informations sur les assemblages bactériennes responsables de la décomposition de ces composés Le sujet proposé à un impact au-delà de la biogéochimie marine. En effet des polysaccharides spécifiques extraits d organismes marins ont été utilisés avec succès comme antifouling ou dans des applications de contrôle biologique tandis que des polysaccharides sulfatés, extraits d algues marines, ont été identifiés comme ayant des propriétés potentielles antivirales vis à vis du VIH et d autres infections virales. Nos recherches permettront à terme d améliorer les protocoles d extraction, de purification et d identification de composés organiques qui pourront être appliqués à la recherche de molécules naturelles actives dans le milieu marin Références citées: Aluwihare, L.I., Repeta, D.J. and R.F. Chen A major biopolymeric component to dissolved organic carbon in seawater. Nature, 387: Benner, R., Pakulski, J.D., McCarthy, M., Hedges, J.I., and P.G. Hatcher, Bulk chemical characteristics of dissolved organic matter in the ocean. Science 255, Benner, R Chemical composition and reactivity. In: Hansell, D., Carlson, C. (Eds.), Biogeochemistry of Marine Dissolved Organic Matter. Academic Press, pp Panagiotopoulos, C., and R. Sempéré Analytical methods for the determination of sugars in marine samples: A historical perspective and future directions. Limnol. Oceanogr. Methods. 3: Panagiotopoulos, C., Repeta, D.J. and C.G. Johnson Identification of methyl and deoxy sugars in marine high molecular weight dissolved organic matter (HMWDOM). Organic Geochemistry 38, Repeta, D. J., T. M. Quan, L. I. Aluwihare, and A. Accardi Chemical characterization of high molecular weight dissolved organic matter in fresh and marine waters. Geochim. Cosmochim. Acta 66: Repeta, D.J., and L.I. Aluwihare Radiocarbon analysis of neutral sugars in highmolecularweight dissolved organic carbon: Implications for organic carbon cycling. Limnol. Oceanogr. 51: Collaborations établies: Ce projet bénéficiera du soutien d un spécialiste mondialement reconnu de l étude de la composition de la MOD: - Dr. Daniel Repeta (Woods Hole Oceanographic Institution, USA). Collaboration très fructueuse en place depuis 6 ans et ayant déjà fait l objet de 2 publications communes (1 autre article étant actuellement en préparation). Matériel disponible au laboratoire: - Couplage chromatographe en phase gazeuse-spectromètre de masse - Deux Chromatographes liquides haute performance pour analyse des sucres et des autres composés organiques (acides aminés etc) -système d ultrafiltration pour la collecte de la HMWDOM et des APS - lampes UV (programme PROOF-UVECO) - Evaporateurs rotatifs - Bains à ultrasons - Hottes stériles (à flux laminaire) - Matériel classique de (géo)chimie organique - Matériel classique de microbiologie et de biologie moléculaire Programme finançant la recherche : obtenu : MANDARINE (REgion, CSOA), DORADE (LEFE/CYBER) envisagé : MERMEX Directeur(s) de thèse proposé(s) (limiter au plus à deux personnes principales, dont au moins une titulaire de l'hdr) Directeur HDR proposé Directeur de thèse HDR :

3 Nom prénom : Sempéré Richard

4 Corps : DR CNRS Laboratoire : Mediterranean Institute of Oceanography (MIO), UMR 7294, Luminy, Marseille. Tel : ; richard.sempere@univ-amu.fr Choix de cinq publications récentes (souligner éventuellement les étudiants dirigés cosignataires) : - Tedetti, M., Charrière, B., Bricaud, A., Para, J., Raimbault, P., Sempéré, R. (2010) Distribution of normalized water-leaving radiances at UV and visible wavebands in relation with chlorophyll a and colored detrital matter content in the South East Pacific. Journal of Geophysical Research - Oceans, 115, C02010, doi: /2009jc Tedetti, M., Joux, F., Charrière, B., Mopper, K., Sempéré, R., (2009) Contrasting effects of solar radiation and nitrates on the bioavailability of DOM to marine bacteria. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry (201): Abboudi, M., Mattalana, S., Rontani, J-F., Sempéré, R., Joux, F., (2008) Physiological Alteration of the Marine Bacterium Vibrio angustum S14 Exposed to Simulated Sunlight During Growth. Current Microbiology, /s Sempéré, R., Tedetti, M., Panagiotopoulos, C., Charrière, B., Van Wambeke, F., (2008) Distribution and bacterial availability of dissolved neutral sugars in the South East Pacific. Biogeosciences (5): Abboudi, M., Jeffrey, W.H., Ghiglione, J.F., Pujopay, M., Oriol, L., Sempéré, R., Charriere, B., Joux, F., (2007) Effects of Photochemical Transformations of Dissolved Organic Matter. Microbial Ecology.DOI /s Thèses encadrées ou co-encadrées au cours des quatre dernières années Nom : PARA Julien Intitulé : Distribution et réactivité des acides dicarboxyliques et composés polaires associés en milieu marin. Impact du rayonnement UV Date de début de l'allocation de doctorat : 2007 Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : (Prévue en Décembre 2010) Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 50% Nom : BOUTRIF Mehdi Intitulé : Dégradation de la matière organique dissoute en milieu hyperbare. Date de début de l'allocation de doctorat : 2008 Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 40% Autre directeur proposé (éventuellement) Nom prénom : Christos Panagiotopoulos Corps : CR1 CNRS Laboratoire : Mediterranean Institute of Oceanography (MIO), UMR 7294, Luminy, Marseille. Tel : ; christos.panagiotopoulos@univ-amu.fr Choix de cinq publications récentes (souligner éventuellement les étudiants dirigés co-signataires) : -Nagata, T., Tamburini, C., Arístegui, J., Baltar, F., Bochdanskyd, A., Fonda-Unami, S., Fukuda, H., Gogou, A., Hansell., D.A, Hansman, R. L., Herndl, G., Panagiotopoulos, C., Reinthaler, T., Sohrin, R., Verdugo, P., Yamada, N., Yamashita, Y., Yokokawa, T., and D.H. Barlett. Emerging concepts on microbial processes in the bathypelagic ocean ecology biogeochemistry and genomis. Deep Sea Research II. 57,

5 -Sempéré, R., Tedetti, M., Panagiotopoulos, C., Charrière, B., and F. Van Wambeke Distribution and bacterial availability of dissolved neutral sugars in the South East Pacific. Biogeosciences. 5, Panagiotopoulos, C., Repeta, D.J. and C.G. Johnson Identification of methyl and deoxy sugars in marine high molecular weight dissolved organic matter (HMWDOM). Organic Geochemistry 38, Panagiotopoulos, C and R. Sempéré Sugar dynamics in large particles during in vitro incubation experiments. Marine Ecology Progress Series 330, Panagiotopoulos, C and R. Sempéré Analytical methods for the determination of sugars in marine environments: A historical perspective and future directions. Limnology & Oceanography: Methods 3, Thèses encadrées ou co-encadrées au cours des quatre dernières années Nom : BOUTRIF Mehdi Intitulé : Dégradation de la matière organique dissoute en milieu hyperbare. Date de début de l'allocation de doctorat : 2008 Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 40%