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Heger Thierry

Heger Thierry

Professeur HES ordinaire en sciences du sol et de l'environnement

Compétences principales

Microbiome

Environnement

Viticulture

Qualité des sols et biomonitoring

Biodiversité des sols

Ecologie microbienne

Pesticides et biodiversité

  • Contact

  • Enseignement

  • Recherche

  • Publications

  • Conférences

Contrat principal

Professeur HES ordinaire en sciences du sol et de l'environnement

Changins- Haute école de viticulture et œnologie
Route de Duillier, 1260 Nyon, CH
EIC
BSc HES-SO en Oenologie - Changins- Haute école de viticulture et œnologie
  • Nutrition des plantes
  • Pédologie appliquée
  • Plan de fumure
  • Ecologie des agrosystèmes
  •  Séminaire durabilité
MSc HES-SO en Life Sciences - HES-SO Master
  • Grapevine environment

En cours

Développement d’un outil de diagnostic des microorganismes du sol pour mieux protéger les cultures

Rôle: Requérant(e) principal(e)

Financement: HES-SO

Description du projet :

Développement d’un outil de diagnostic des microorganismes du sol pour mieux protéger les cultures

Le développement d’une agriculture plus durable nécessite le développement d’outils innovants permettant de réduire les produits phytosanitaires et les engrais tout en maintenant la santé des plantes et les rendements. Dans ce contexte, un diagnostic détaillé du microbiome (ensemble des microorganismes) du sol influençant la santé du sol et des plantes présente un grand intérêt pour améliorer la durabilité dans le secteur agricole.

Parmi les différents microorganismes du sol, les protistes (unicellulaires eucaryotes) jouent des rôles clés dans le fonctionnement du sol. Ils font aussi partie des microorganismes bénéfiques ou pathogènes qui influencent significativement la santé des plantes et les rendements agricoles.

Le but général de ce projet interdisciplinaire est de développer un outil moléculaire basé sur le séquençage d’ADN par nanopores pour profiler avec précision les protistes du sol, y compris ceux qui sont pertinents pour la gestion et le rendement agricole.

Nous allons développer l’approche Oxford Nanopore Technologies (ONT) au travers de trois objectifs:

  1. Concevoir le protocole d’analyse utilisant Oxford Nanopore pour séquencer toute la longueur de l’ADN ribosomique (qui est environ 10x plus long que les fragments analysés couramment).
  2. Quantifier les avantages de cette nouvelle méthode en comparant les résultats obtenus avec l’approche standard basée sur le séquençage de fragments courts (Illumina Sequencing).
  3. Tester notre approche dans un cas spécifique de culture souvent affectée par une maladie du sol (la hernie du chou), et ainsi établir un lien entre le profilage microbien, les conditions environnementales et l’état de santé des plantes hôtes (chou ou autres crucifères comme le colza).

Ce projet repose sur la complémentarité idéale des activités actuelles de deux groupes de recherche. Il nous permettra de développer des compétences en lien avec le microbiome du sol, le séquençage Oxford Nanopore ainsi que les analyses bioinformatiques.

Avec le soutien financier d’autres institutions, notre but est ensuite de proposer un projet de plus grande envergure visant à implémenter notre approche dans le cadre d’exploitations agricoles à plus large échelle.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Heger Thierry , Singer David

Partenaires académiques: Kuhn Alexandre, HES-SO Valais Wallis

Durée du projet: 01.03.2023

Montant global du projet: 220'000 CHF

Statut: En cours

Création d'un modèle de développement durable à l'échelle d'une appellation viticole
AGP

Rôle: Requérant(e) principal(e)

Financement: MAVA, Fondation pour la Nature

Description du projet : L'objectif général de ce projet est de développer, avec les viticulteurs, une viticulture plus durable qui concilie biodiversité, qualité du sol ainsi que qualité du raisin et d'améliorer l'attractivité des vins d'Yvorne. Plus spécifiquement, l'optimisation des itinéraires culturaux et la mise en place de mesures environnementales permettront une amélioration concrète du niveau de qualité du produit et de la biodiversité. L'élaboration d'une plateforme SIG regroupant de nombreuses cartes thématiques (potentiel de biodiversité, risques des transferts des produits phytosanitaires) facilitera la mise en place de mesures et un transfert des informations vers les professionnels et autres publics cibles. Finalement, la mise en place d'un label « Yvorne Grandeur Nature (YGN)» valorisera les efforts entrepris sur le chemin de la durabilité et contribuera à faire rayonner l'appellation Yvorne. Ce projet sera réalisé en étroite collaboration avec les acteurs locaux, représentés par l'association Yvorne Grandeur Nature (YGN), sa commission technique et le bureau BEB SA. Une attention particulière sera dédiée à l'implication dans ce projet de la relève, en impliquant les jeunes viticulteurs d'Yvorne (commission « jeunesse » d'YGN) et des étudiants de CHANGINS.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Casarico Lisa , Delmaire Luc , Mota Matteo , Burdet Jean-Philippe , Lamy Frédéric , Heger Thierry , Fantasia Serena , Martin Julie , Noll Dorothea , Singer David , Faggion Antoine

Partenaires académiques: 425 - Oenologie; Heger Thierry, 425 - Oenologie

Durée du projet: 01.11.2021 - 31.12.2026

Montant global du projet: 670'000 CHF

Statut: En cours

CV-VigneSol

Rôle: Co-requérant(s)

Requérant(e)s: Marchand David, FIBL Lausanne

Financement: OFAG

Description du projet :

Un nombre croissant de viticulteurs implante différentes couvertures végétales et limite le travail du sol tout en renonçant aux herbicides. Toutefois les contraintes sont multiples : rendement et qualité du raisin, parcelles difficilement mécanisables, régulation de la végétation, stress hydrique et azoté, conservation des sols, promotion de la biodiversité, changements climatiques.
Le présent projet a l'ambition de soutenir ces développements par une meilleure compréhension des processus en jeu. Une cohérence est recherchée entre problèmes effectifs, contextes de production et solutions envisageables. La recherche s'articule autour de trois parties.
La première consiste à réaliser un diagnostic des pratiques sans herbicide et de leurs conséquences sur le sol, la biodiversité, la vigne et le raisin. Cela permettra la mise en oeuvre de nouveaux itinéraires.
La seconde partie a pour but de mieux comprendre des pratiques innovantes développées par des praticiens au sein d'un réseau on-farm. Cette partie sert également de plate-forme pour le transfert des connaissances et pour un regard croisé avec l'agriculture de conservation et les autres cultures pérennes.
Le troisième pilier du projet se déroule « on-station » avec la mise en place d'un dispositif expérimental hautement instrumentalisé pour approfondir les réponses de la vigne et du sol à différents itinéraires techniques combinant couvertures végétales et modes d'entretien du sol.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Heger Thierry , Rienth Markus

Partenaires académiques: Marchand David, FIBL Lausanne; Zuffrey Vivian, Agroscope; Delabays Nicolas, hepia Genève

Durée du projet: 01.01.2021 - 31.12.2024

Statut: En cours

Mikrobielle Biodiversität im Boden 2: Application et validation du diagnostic génétique pour déterminer la biodiversité des organismes microscopiques dans les sols suisses
AGP

Rôle: Requérant(e) principal(e)

Description du projet : Dans le projet MiDiBo-2, non seulement les bactéries et les champignons seront étudiés, mais également les protistes, les nématodes WSL) et les microarthropodes. Tous ces organismes sont des habitants du sol de taille microscopique, dont l'identification requiert beaucoup de temps ou n'est pas possible avec des méthodes classiques. Dans le cadre de ce projet, nous souhaitons parvenir à une caractérisation simple et exhaustive de la diversité de ces groupes d'organismes dans différents sols en utilisant des méthodes de génétique moléculaire. NABObio, dont une série de données microbiennes est déjà disponible, servira à nouveau de réseau pour cette étude.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Lamy Frédéric , Heger Thierry , Degrune Florine

Partenaires académiques: 425 - Oenologie; WSL; OFEV; Agroscope Reckenholz tänikon; Heger Thierry, 425 - Oenologie

Durée du projet: 01.01.2020 - 31.12.2025

Montant global du projet: 86'000 CHF

Statut: En cours

Terminés

Application du biopesticide microbien Botector et du pesticide de synthèse Teldor sur la vigne: effets sur le scommunautés microbiennes du sol et persistance des souches inoculées dans le sol
AGP

Rôle: Requérant(e) principal(e)

Financement: OFEV

Description du projet : Dans ce projet, nous proposons de tester les effets de l'application du biopesticide Botector® et du pesticide de synthèse Teldor® dans un vignoble sur la diversité et la composition taxonomique et fonctionnelle des communautés microbiennes du sol. De plus, afin d'évaluer la persistance du biopesticide dans le sol, nous allons suivre l'évolution quantitative des deux souches de levure présents dans le biopesticide par une approche de PCR (polymerase chain reaction) quantitative. Ainsi, ce projet contribuera à l'évaluation et au développement de différentes approches permettant de tester l'effet de pesticides sur le microbiome du sol.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Heger Thierry , Degrune Florine

Partenaires académiques: 425 - Oenologie

Durée du projet: 01.06.2021 - 31.12.2022

Montant global du projet: 40'000 CHF

Statut: Terminé

Impact écotoxicologique d'un biopesticide microbien et d'un pesticide de synthèse sur les communautés microbiennes du sol: analyse comparative en microcosmes et mésocosmes
AGP

Rôle: Requérant(e) principal(e)

Description du projet : L'impact des biopesticides sur les organismes du sol non cibles est rarement analysé. Pourtant, l'information est cruciale pour l'évaluation des risques environnementaux liés à ces produits. Dans le cadre de précédents projets (Biopestisol II) nous avons mis en évidence un impact significatif du pesticide Prestop® sur la composition et les réseaux microbiens analysés, ce qui suggérait un effet significatif sur le fonctionnement du sol. Pour de nombreux autres biopesticides (et pesticide), leurs effets sur le microbiome du sol restent totalement inconnus. De plus dans la perspective de faciliter la mise en place de tests écotoxicologiques standardisés, il est nécessaire d'évaluer si l'impact du biopesticide dépend de la taille du dispositif expérimental utilisé (microcosme ou mésocosme). Les principaux buts de ce projets sont: - Comparer en laboratoire l'impact du biopesticide Botector® et d'un pesticide de synthèse sur les communautés de bactéries, champignons et protistes du sol. - Tester si l'effet des produits sur le microbiome du sol est dépendant de la taille du dispositif expérimental utilisé (microcosme ou mésocosme).

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Heger Thierry , Degrune Florine

Partenaires académiques: OFEV

Durée du projet: 01.08.2020 - 31.03.2021

Montant global du projet: 35'000 CHF

Statut: Terminé

Impact d'un biopesticides sur les communautés microbiennes du sol : étude en mésocosmes
AGP

Rôle: Requérant(e) principal(e)

Description du projet : Les effets des pesticides de synthèse sur la santé humaine et l'environnement sont une préoccupation croissante chez les consommateurs, exploitants, gestionnaires de l'environnement et politiciens. Ainsi, l'agriculture moderne est poussée à promouvoir l'utilisation de produits alternatifs respectueux de l'environnement tels que les produits phytosanitaires contenant des microorganismes (biopesticides). D'importants efforts sont généralement entrepris pour évaluer l'effet de ces produits sur les ravageurs et la protection des plantes. Par contre, le devenir dans l'environnement de ces microorganismes et surtout, leur impact potentiel sur les organismes du sol non-cibles sont peu évalués. Cette question est cruciale dans le cadre de l'évaluation préalable des risques obligatoire selon le droit en vigueur. Ce manque d'information s'explique, en grande partie, par les limitations méthodologiques des approches classiques (établissement de cultures et identification des microorganismes au microscope), qui ne permettent pas d'analyser de manière détaillée et rapide, les communautés de microorganismes du sol. Cependant, et grâce aux nouvelles approches d'identification des espèces, basée sur des séquences d'ADN (« code-barres ») couplées aux nouvelles techniques de séquençage à ultra-haut débit, il est maintenant possible de caractériser les communautés microbiennes des sols (microbiome) de manière rapide et peu onéreuse. Ces nouvelles approches facilitent grandement l'évaluation de l'impact des biopesticides sur les microorganismes des sols. Le but principal de ce projet est de fournit et vérifier la plausibilité des scénarios de risques, dont il faut tenir compte lors de la mise en 'uvre de l'ordonnance sur la dissémination dans l'environnement. Ces scénarios se basent sur des modèles issus de la recherche. Dans ce cas il s'agit de tester l'hypothèse relative à l'impact de microorganismes sur les communautés de bactéries, champignons et protistes du sol et analyser la dynamique temporelle de ces communautés. Le projet prévoit de tester dans des mésocosmes l'impact d'un biopesticide (PRESTOP®) sur la communauté microbienne du sol par analyse par séquençage. PRESTOP® est un fongicide microbien à base d'un champignon du sol, Gliocladium catenulatum. Selon l'entreprise Andermatt Biocontrol, le biofongicide PRESTOP® est efficace contre la gommose (Didymella) et des champignons pathogènes du sol (Fusarium, Phytophthora, Pythium, Rhizoctonia). Gliocladium catenulatum agit par concurrence et par parasitisme de l'organisme cible. Les produits à base de Gliocladium catenulatum constituent l'une des catégories de biopesticides les plus utilisées en Europe. Pour cette expérience, nous proposons d'étudier le biopesticide PRESTOP® car l'impact de ce biopesticide sur les communautés de microorganismes du sol n'a, à notre connaissance, jamais été évalué. De plus, cette étude aura l'originalité d'analyser l'impact d'un biopesticide sur tous les principaux groupes de microorganismes du sol (bactéries, champignons et protistes). En général, les études de ce type sont limitées à l'étude des communautés bactériennes et/ou de champignons.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Mota Matteo , Lamy Frédéric , Heger Thierry , Pereira Dos Santos Sofia , Fournier Bertrand , Degrune Florine , Noll Dorothea

Partenaires académiques: 425 - Oenologie; OFEV; Heger Thierry, 425 - Oenologie

Durée du projet: 01.05.2018 - 31.12.2020

Montant global du projet: 36'500 CHF

Statut: Terminé

Séquençage à ultra-haut débit, bioinformatique et Machine Learning comme outil de Diagnostic de la santé des Sols

Rôle: Requérant(e) principal(e)

Financement: HES-SO

Description du projet :

L'impact des modes d'exploitation agricoles et des pesticides sur la qualité et la santé des sols est une préoccupation croissante chez les consommateurs, exploitants et gestionnaires des sols. Pour évaluer cet impact, des bioindicateurs tels que les protistes ont un grand potentiel, mais leur utilisation reste limitée car les méthodes actuelles ne permettent pas d'analyser les échantillons de sol de manière détaillée et rapide. Pour surmonter ces inconvénients, l'identification des espèces basée sur des séquences d'ADN («code-barres») couplée aux nouvelles techniques de séquençage à ultra-haut débit représente une approche prometteuse. Cependant, l'énorme quantité de séquences et leur grande complexité rend difficile leur traitement par des moyens conventionnels. Il devient donc essentiel de développer des méthodes alliant bioinformatique et Machine Learning (ML) pour (i) quantifier, analyser et traiter les séquences de protistes; (ii) identifier et sélectionner les bioindicateurs (un sous-ensemble de protistes) associés à différents facteurs de stress; mais également de (iii) modéliser leur abondance relative en fonction des différentes conditions, menant ainsi à la construction de modèles prédictifs de diagnostiques .

Nous avons analysé la composition des communautés de protistes de 28 vignobles valaisans à l'aide du metabarcoding et comparé les performances prédictives de différents algorithmes de ML de plusieurs variables caractérisant la qualité du sol. Nos résultats novateurs montrent que la composition des communautés protistes peut être utilisée pour prédire un large éventail de variables, y compris la présence de pesticides (cuivre) dans les sols. Sur le plan taxonomique, les groupes de protistes incluant le plus grand nombre de bioindicateurs étaient les Ciliophora et Cercozoa. Sur le plan fonctionnel, la majorité des bioindicateurs correspondaient à des taxons hétérotrophes, mais certaines variables (biomasse végétale et pH du sol) étaient principalement prédites par des taxons photosynthétiques. Nos analyses nous ont permis de développer des scripts permettant d'identifier les biomarqueurs et prédire différents paramètres du sol. Ces scripts constituent la première étape vers le développement d'un outil de prédiction. L'étape suivante consistera à généraliser l'utilisation de cette approche à d'autres sols de vignes puis de l'étendre à d'autres cultures. 

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Heger Thierry , Pena Carlos Andrés

Partenaires académiques: Imfeld Gwenael, CNRS, Strasbourg; Bacher Sven, UniFR

Durée du projet: 01.12.2017 - 30.12.2020

Statut: Terminé

2024

Dissipation of pesticides and responses of bacterial, fungal and protistan communities in a multi-contaminated vineyard soil
Article scientifique ArODES

Gwenaël Imfeld, Fatima Meite, Lucas Ehrhart, Bertrand Fournier, Thierry Heger

Ecotoxicology and Environmental Safety,  2024, 284, 116994

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Résumé:

The effect of pesticide residues on non-target microorganisms in multi-contaminated soils remains poorly understood. In this study, we examined the dissipation of commonly used pesticides in a multi-contaminated vineyard soil and its effect on bacterial, fungal, and protistan communities. We conducted laboratory soil microcosm experiments under varying temperature (20°C and 30°C) and water content (20 % and 40 %) conditions. Pesticide dissipation half-lives ranged from 27 to over 300 days, depending on the physicochemical properties of the pesticides and the soil conditions. In both autoclaved and non-autoclaved soil experiments, over 50 % of hydrophobic pesticides (dimethomorph > isoxaben > simazine = atrazine = carbendazim) dissipated within 200 days at 20°C and 30°C. However, the contribution of biodegradation to the overall dissipation of soluble pesticides (rac-metalaxyl > isoproturon = pyrimethanil > S-metolachlor) increased to over 75 % at 30°C and 40 % water content. This suggests that soluble pesticides became more bioavailable, with degradation activity increasing with higher temperature and soil water content. In contrast, the primary process contributing to the dissipation of hydrophobic pesticides was sequestration to soil. High-throughput amplicon sequencing analysis indicated that water content, temperature, and pesticides had domain-specific effects on the diversity and taxonomic composition of bacterial, fungal, and protistan communities. Soil physicochemical properties had a more significant effect than pesticides on the various microbial domains in the vineyard soil. However, pesticide exposure emerged as a secondary factor explaining the variations in microbial communities, with a more substantial effect on protists compared to bacterial and fungal communities. Overall, our results highlight the variability in the dissipation kinetics and processes of pesticides in a multi-contaminated vineyard soil, as well as their effects on bacterial, fungal, and protistan communities.

Conception d'itinéraires innovants de couverture du sol sans herbicide en viticulture :
Article professionnel ArODES
réseau on-farm du projet de recherche CV-VIGNESOL (article2/2)

David Marchand, Robin Sonnard, Matteo Mota, Serena Fantasia, Antoine Faggion, Frédéric Lamy, David Singer, Markus Rienth, Thierry Heger, Nicolas Delabays, Vivian Zufferey

Vignes et vergers,  2024, 8, 11-14

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Conception d'itinéraires innovants de couverture du sol sans herbicides en viticulture :
Article professionnel ArODES
présentation de la parcelle expérimentale on-station du projet CV-VIGNESOL

Matteo Mota, Serena Fantasia, Antoine Faggion, Frédéric Lamy, David Singer, Markus Rienth, Thierry Heger, Nicolas Delabays, Vivian Zufferey, Robin Sonnard, David Marchand

Vignes et vergers,  2024, 7, 14-16

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2023

Global distribution modelling of a conspicuous Gondwanian soil protist reveals latitudinal dispersal limitation and range contraction in response to climate warming
Article scientifique ArODES

Estelle P. Bruni, Olivia Rusconi, Olivier Broennimann, Antoine Adde, Raphaël Jauslin, Valentyna Krashevska, Anush Kosakyan, Eric Armynot du Châtelet, João P. B. Alcino, Louis Beyens, Quentin Blandenier, Anatoly Bobrov, Luciana Burdman, Clément Duckert, Leonardo D. Fernández, Maria Beatriz Gomes e Souza, Thierry Heger, Isabelle Koenig, Daniel J. G. Lahr, Michelle McKeown, Ralf Meisterfeld, David Singer, Eckhard Voelcker, Janet Wilmshurst, Sebastien Wohlhauser, David M. Wilkinson, Antoine Guisan, Edward A. D. Mitchell

Diversity and Distributions,

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Résumé:

The diversity and distribution of soil microorganisms and their potential for long-distance dispersal (LDD) are poorly documented, making the threats posed by climate change difficult to assess. If microorganisms do not disperse globally, regional endemism may develop and extinction may occur due to environmental changes. Here, we addressed this question using the testate amoeba Apodera vas, a morphologically conspicuous model soil microorganism in microbial biogeography, commonly found in peatlands and forests mainly of former Gondwana. We first documented its distribution. We next assessed whether its distribution could be explained by dispersal (i.e. matching its climatic niche) or vicariance (i.e. palaeogeography), based on the magnitude of potential range expansions or contractions in response to past and on-going climatic changes. Last, we wanted to assess the likelihood of cryptic diversity and its potential threat from climate and land-use changes (e.g. due to limited LDD). Documented records: Southern Hemisphere and intertropical zone; modelling: Global. We first built an updated global distribution map of A. vas using 401 validated georeferenced records. We next used these data to develop a climatic niche model to predict its past (LGM, i.e. 21 ± 3 ka BP; PMIP3 IPSL-CM5A-LR), present and future (IPSL-CMP6A-LR predictions for 2071–2100, SSP3 and 5) potential distributions in responses to climate, by relating the species occurrences to climatic and topographic predictors. We then used these predictions to test our hypotheses (dispersal/vicariance, cryptic diversity, future threat from LDD limitation). Our models show that favourable climatic conditions for A. vas currently exist in the British Isles, an especially well-studied region for testate amoebae where this species has never been found. This demonstrates a lack of interhemispheric LDD, congruent with the palaeogeography (vicariance) hypothesis. Longitudinal LDD is, however, confirmed by the presence of A. vas in isolated and geologically young peri-Antarctic islands. Potential distribution maps for past, current and future climates show favourable climatic conditions existing on parts of all southern continents, with shifts to higher land from LGM to current in the tropics and a strong range contraction from current to future (global warming IPSL-CM6A-LR scenario for 2071–2100, SSP3.70 and SSP5.85) with favourable conditions developing on the Antarctic Peninsula. This study illustrates the value of climate niche models for research on microbial diversity and biogeography, along with exploring the role played by historical factors and dispersal limitation in shaping microbial biogeography. We assess the discrepancy between latitudinal and longitudinal LDD for A. vas, which is possibly due to contrast in wind patterns and/or likelihood of transport by birds. Our models also suggest that climate change may lead to regional extinction of terrestrial microscopic organisms, thus illustrating the pertinence of including microorganisms in biodiversity conservation research and actions.

Effects of biodynamic preparations 500 and 501 on vine and berry physiology, pedology and the soil microbiome
Article scientifique ArODES

Markus Rienth, Frederic Lamy, Clément Chessex, Thierry Heger

OENO One,  2023, vol. 57, no. 1, pp. 207-216

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Résumé:

In the pursuit of increasing sustainability, climate change resiliency and independence of synthetic pesticides in agriculture, the interest of consumers and producers in organic and biodynamic farming has been steadily increasing in recent decennia. This is, in particular, the case for the vitivinicultural industry in Europe, where more and more producers are converting from organic to biodynamic farming. However, clear scientific evidence showing that biodynamic farming improves vine physiology, vine stress resilience, soil quality related parameters and berry or wine quality is still lacking, despite the growing number of research studies on this issue. To investigate whether biodynamic farming methods have an impact on vine physiology, berry quality and the environment, a five-year experiment was set up in 2016 in a commercial vineyard in Switzerland. In this trial, the two main biodynamic preparations 500 and 501 were applied and compared to an organic control. Vine and berry physiology (net photosynthesis, vigour, sugar, organic acids, berry weight, yield) were assessed from 2016 to 2020. Soil physical properties (soil bulk density, water holding capacity, soil structural stability, macropore volume) were analysed from 2017-2020, and, soil fungal communities were analysed by DNA-sequencing in the last year of the experiment (2020). None of the parameters related to vine and berry physiology showed significant differences throughout the duration of the experiments, except photosynthesis, which was higher when biodynamic preparations were applied at one time point. Similarly, the soil’s physical properties were not influenced by the application of the two biodynamic preparations in all years. Regarding the soil microbiome, the preparations 500 and 501 neither led to significant differences in fungal diversity nor seemed to impact the soil fungal communities. The present study confirms previous findings of different research teams that did not observe significant differences between organic and biodynamic farming methods in terms of observed soil and vine parameters.

2022

Toward the use of protists as bioindicators of multiple stresses in agricultural soils :
Article scientifique ArODES
a case study in vineyard ecosystems

Bertrand Fournier, Magdalena Steiner, Xavier Brochet, Jibril Mammeri, Diogo Leite Carvalho, Sara Leal Siliceo, Sven Bacher, Carlos Andrés Peña-Reyes, Thierry J. Heger, Florine Degrune

Ecological Indicators,  2022, vol. 139, article no. 108955

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Résumé:

Management of agricultural soil quality requires fast and cost-efficient methods to identify multiple stressors that can affect soil organisms and associated ecological processes. Here, we propose to use soil protists which have a great yet poorly explored potential for bioindication. They are ubiquitous, highly diverse, and respond to various stresses to agricultural soils caused by frequent management or environmental changes. We test an approach that combines metabarcoding data and machine learning algorithms to identify potential stressors of soil protist community composition and diversity. We measured 17 key variables that reflect various potential stresses on soil protists across 132 plots in 28 Swiss vineyards over 2 years. We identified the taxa showing strong responses to the selected soil variables (potential bioindicator taxa) and tested for their predictive power. Changes in protist taxa occurrence and, to a lesser extent, diversity metrics exhibited great predictive power for the considered soil variables. Soil copper concentration, moisture, pH, and basal respiration were the best predicted soil variables, suggesting that protists are particularly responsive to stresses caused by these variables. The most responsive taxa were found within the clades Rhizaria and Alveolata. Our results also reveal that a majority of the potential bioindicators identified in this study can be used across years, in different regions and across different grape varieties. Altogether, soil protist metabarcoding data combined with machine learning can help identifying specific abiotic stresses on microbial communities caused by agricultural management. Such an approach provides complementary information to existing soil monitoring tools that can help manage the impact of agricultural practices on soil biodiversity and quality.

Services écosystémiques selon le mode de gestion du cavaillon
Article scientifique ArODES

Matteo Mota, Markus Rienth, Frédéric Lamy, Serena Fantasia, Yves Blondel, Thierry Heger

Vignes Vergers,  2022, no. 4, pp. 8-10

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Cyphoderia ampulla (Cyphoderiidae: Rhizaria), a tale of freshwater sailors :
Article scientifique ArODES
the causes and consequences of ecological transitions through the salinity barrier in a family of benthic protists

Ruben Gonzalez-Miguens, Carmen Soler-Zamora, Fernando Useros, Sandra Nogal-Prata, Cédric Berney, Andrés Blanco-Rotea, Maria Isabel Carrasco-Braganza, David de Salvador-Velasco, Antonio Guillén-Oterino, Daniel Tenorio-Rodriguez, David Velázquez, Thierry J. Heger, Isabel Sanmartin, Enrique Lara

Molecular Ecology,  2022, vol. 31, no.9, pp. 2644-2663

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Résumé:

The salinity barrier that separates marine and freshwater biomes is probably the most important division in biodiversity on Earth. Those organisms that successfully performed this transition had access to new ecosystems while undergoing changes in selective pressure, which often led to major shifts in diversification rates. While these transitions have been extensively investigated in animals, the tempo, mode, and outcome of crossing the salinity barrier have been scarcely studied in other eukaryotes. Here, we reconstructed the evolutionary history of the species complex Cyphoderia ampulla (Euglyphida: Cercozoa: Rhizaria) based on DNA sequences from the nuclear SSU rRNA gene and the mitochondrial cytochrome oxidase subunit I gene, obtained from publicly available environmental DNA data (GeneBank, EukBank) and isolated organisms. A tree calibrated with euglyphid fossils showed that four independent transitions towards freshwater systems occurred from the mid-Miocene onwards, coincident with important fluctuations in sea level. Ancestral trait reconstructions indicated that the whole family Cyphoderiidae had a marine origin and suggest that ancestors of the freshwater forms were euryhaline and lived in environments with fluctuating salinity. Diversification rates did not show any obvious increase concomitant with ecological transitions, but morphometric analyses indicated that species increased in size and homogenized their morphology after colonizing the new environments. This suggests adaptation to changes in selective pressure exerted by life in freshwater sediments.

Services écosystémiques selon le mode de gestion du cavaillon
Article professionnel

Mota Matteo, Rienth Markus, Lamy Frédéric, Fantasia Serena, Blondel Yves, Heger Thierry

Vignes & Vergers, 2022 , no  4, pp.  0008-0010

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Contribution of soil algae to the global carbon cycle
Article scientifique

Vincent Jassey, Romain Walcker, Paul Kardo, Stefan Geisen, Heger Thierry, Mariusz Lamentowicz, Samuel Hamard, Enrique Lara

New Phytologist, 2022 , vol.  234, no  64-76

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Résumé:

  • Soil photoautotrophic prokaryotes and micro?eukaryotes – known as soil algae – are, together with heterotrophic microorganisms, a constitutive part of the microbiome in surface soils. Similar to plants, they fix atmospheric carbon (C) through photosynthesis for their own growth, yet their contribution to global and regional biogeochemical C cycling still remains quantitatively elusive.
  • Here, we compiled an extensive dataset on soil algae to generate a better understanding of their distribution across biomes and predict their productivity at a global scale by means of machine learning modelling.
  • We found that, on average, (5.5 ± 3.4) × 106 algae inhabit each gram of surface soil. Soil algal abundance especially peaked in acidic, moist and vegetated soils. We estimate that, globally, soil algae take up around 3.6 Pg C per year, which corresponds to c. 6% of the net primary production of terrestrial vegetation 

2021

Contribution of soil algae to the global carbon cycle
Article scientifique ArODES

Vincent E. J. Jassey, Romain Walcker, Paul Kardol, Stefan Geisen, Thierry Heger, Mariusz Lamentowitcz, Samuel Hamard, Enrique Lara

New Phytologist,  2022, vol. 234, pp. 64-76

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Résumé:

Soil photoautotrophic prokaryotes and micro-eukaryotes – known as soil algae – are, together with heterotrophic microorganisms, a constitutive part of the microbiome in surface soils. Similar to plants, they fix atmospheric carbon (C) through photosynthesis for their own growth, yet their contribution to global and regional biogeochemical C cycling still remains quantitatively elusive. Here, we compiled an extensive dataset on soil algae to generate a better understanding of their distribution across biomes and predict their productivity at a global scale by means of machine learning modelling. We found that, on average, (5.5 ± 3.4) × 106 algae inhabit each gram of surface soil. Soil algal abundance especially peaked in acidic, moist and vegetated soils. We estimate that, globally, soil algae take up around 3.6 Pg C per year, which corresponds to c. 6% of the net primary production of terrestrial vegetation. We demonstrate that the C fixed by soil algae is crucial to the global C cycle and should be integrated into land-based efforts to mitigate C emissions.

2020

What drives the diversity of the most abundant terrestrial cercozoan family (rhogostomidae, cercozoa, rhizaria)?
Article scientifique ArODES

Hüsna Öztoprak, Susanne Walden, Thierry Heger, Michael Bonkowski, Kenneth Dumack

Microorganisms,  2020, vol. 8, article no. 1123

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Résumé:

Environmental sequencing surveys of soils and freshwaters revealed high abundance and diversity of the Rhogostomidae, a group of omnivorous thecate amoebae. This is puzzling since only a few Rhogostomidae species have yet been described and only a handful of reports mention them in field surveys. We investigated the putative cryptic diversity of the Rhogostomidae by a critical re-evaluation of published environmental sequencing data and in-depth ecological and morphological trait analyses. The Rhogostomidae exhibit an amazing diversity of genetically distinct clades that occur in a variety of different environments. We further broadly sampled for Rhogostomidae species; based on these isolates, we describe eleven new species and highlight important morphological traits for species delimitation. The most important environmental drivers that shape the Rhogostomidae community were soil moisture, soil pH, and total plant biomass. The length/width ratio of the theca was a morphological trait related to the colonized habitats, but not the shape and size of the aperture that is often linked to moisture adaption in testate and thecate amoebae.

Impact of a synthetic fungicide (fosetyl-Al and propamocarb-hydrochloride) and a biopesticide (Clonostachys rosea) on soil bacterial, fungal, and protist communities
Article scientifique ArODES

Bertrand Fournier, Sofia Pereira Dos Santos, Julia A. Gustavsen, Gwenaël Imfeld, Frédéric Lamy, Edward A. D. Mitchell, Matteo Mota, Dorothea Noll, Chantal Planchamp, Thierry J. Heger

Science of The Total Environment,  2020, vol. 738, article no. 139635

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Résumé:

The use of synthetic pesticides in agriculture is increasingly debated. However, few studies have compared the impact of synthetic pesticides and alternative biopesticides on non-target soil microorganisms playing a central role in soil functioning. We conducted a mesocosm experiment and used high-throughput amplicon sequencing to test the impact of a fungal biopesticide and a synthetic fungicide on the diversity, the taxonomic and functional compositions, and co-occurrence patterns of soil bacterial, fungal and protist communities. Neither the synthetic pesticide nor the biopesticide had a significant effect on microbial α-diversity. However, both types of pesticides decreased the complexity of the soil microbial network. The two pesticides had contrasting impacts on the composition of microbial communities and the identity of key taxa as revealed by microbial network analyses. The biopesticide impacted keystone taxa that structured the soil microbial network. The synthetic pesticide modified biotic interactions favouring taxa that are less efficient at degrading organic compounds. This suggests that the biopesticides and the synthetic pesticide have different impact on soil functioning. Altogether, our study shows that pest management products may have functionally significant impacts on the soil microbiome even if microbial α-diversity is unaffected. It also illustrates the potential of high-throughput sequencing analyses to improve the ecotoxicological risk assessment of pesticides on non-target soil microorganisms.

Alternative aux herbicides: choix et entretien d’espèces pour la couverture du rang de culture
Article professionnel

Serena Fantasia, Nicolas Delabays, Heger Thierry, Vivian Zuffrey, Noll Dorothea, Lamy Frédéric, Mota Matteo

Revue suisse de viticulture arboriculture horticulture, 2020 , vol.  52, no  5, pp.  282-291

Résumé:

Les zones difficilement mécanisables (rang de culture, parcelles en pente ou non accessibles) constituent un défi technique pour les alternatives aux herbicides. Une solution consisterait à semer des couverts végétaux peu concurrentiels et de faible hauteur, mais à même de maîtriser le développement des adventices indésirables par allélopathie (capacité des plantes à interférer entre elles au travers de médiateurs chimiques). En vue du développement d’un tel couvert, trois intensités de fauche différentes ont été comparées sur des espèces semées pures et en mélange, en automne et au printemps,
avec des témoins de flore spontanée et de désherbages chimique et mécanique. Après une première année d’essai, on constate que les semis d’automne ont offert un plus grand nombre de services écosystémiques durant la saison végétative que les semis printaniers: meilleure installation du semis et protection du sol, blocage des adventices indésirables, proportion de mulch plus élevée. De plus, la gestion de la fauche a été déterminante pour
l’évolution des différents couverts végétaux l’année suivante: la pérennité du brome des toits (Bromus tectorum) et de la luzerne lupuline (Medicago lupulina) a pu être assurée avec le bon nombre de fauches.L’absence totale de fauche s’est globalement révélée inadaptée.

2019

Assessing the diversity and distribution of apicomplexans in host and free-living environments using high-throughput amplicon data and a phylogenetically informed reference framework
Article scientifique ArODES

Javier del Campo, Thierry J. Heger, Raquel Rodriguez-Martinez, Alexandra Z. Worden, Thomas A. Richards, Ramon Massana, Patrick J. Keeling

Frontiers in Microbiology,  2019, vol. 10, article no. 2373

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Résumé:

Apicomplexans are a group of microbial eukaryotes that contain some of the most well-studied parasites, including the causing agents of toxoplasmosis and malaria, and emergent diseases like cryptosporidiosis or babesiosis. Decades of research have illuminated the pathogenic mechanisms, molecular biology, and genomics of model apicomplexans, but we know little about their diversity and distribution in natural environments. In this study we analyze the distribution of apicomplexans across a range of both host-associated and free-living environments. Using publicly available small subunit (SSU) rRNA gene databases, high-throughput environmental sequencing (HTES) surveys, and our own generated HTES data, we developed an apicomplexan reference database, which includes the largest apicomplexan SSU rRNA tree available to date and encompasses comprehensive sampling of this group and their closest relatives. This tree allowed us to identify and correct incongruences in the molecular identification of apicomplexan sequences. Analyzing the diversity and distribution of apicomplexans in HTES studies with this curated reference database also showed a widespread, and quantitatively important, presence of apicomplexans across a variety of free-living environments. These data allow us to describe a remarkable molecular diversity of this group compared with our current knowledge, especially when compared with that identified from described apicomplexan species. This is most striking in marine environments, where potentially the most diverse apicomplexans apparently exist, but have not yet been formally recognized. The new database will be useful for microbial ecology and epidemiological studies, and provide valuable reference for medical and veterinary diagnosis especially in cases of emerging, zoonotic, and cryptic infections.

2018

Seasonal and ecohydrological regulation of active microbial populations involved in DOC, CO2, and CH4 fluxes in temperate rainforest soil
Article scientifique ArODES

David J. Levy-Booth, Ian J. W. Giesbrecht, Colleen T. E. Kellogg, Thierry J. Heger, David V. D'Amore, Patrick J. Keeling, Steven J. Hallam, William W. Mohn

The ISME Journal,  2019, vol. 13, pp. 950-963

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Résumé:

The Pacific coastal temperate rainforest (PCTR) is a global hot-spot for carbon cycling and export. Yet the influence of microorganisms on carbon cycling processes in PCTR soil is poorly characterized. We developed and tested a conceptual model of seasonal microbial carbon cycling in PCTR soil through integration of geochemistry, micro-meteorology, and eukaryotic and prokaryotic ribosomal amplicon (rRNA) sequencing from 216 soil DNA and RNA libraries. Soil moisture and pH increased during the wet season, with significant correlation to net CO2 flux in peat bog and net CH4 flux in bog forest soil. Fungal succession in these sites was characterized by the apparent turnover of Archaeorhizomycetes phylotypes accounting for 41% of ITS libraries. Anaerobic prokaryotes, including Syntrophobacteraceae and Methanomicrobia increased in rRNA libraries during the wet season. Putatively active populations of these phylotypes and their biogeochemical marker genes for sulfate and CH4 cycling, respectively, were positively correlated following rRNA and metatranscriptomic network analysis. The latter phylotype was positively correlated to CH4 fluxes (r = 0.46, p < 0.0001). Phylotype functional assignments were supported by metatranscriptomic analysis. We propose that active microbial populations respond primarily to changes in hydrology, pH, and nutrient availability. The increased microbial carbon export observed over winter may have ramifications for climate–soil feedbacks in the PCTR.

High-throughput environmental sequencing reveals high diversity of litter and moss associated protist communities along a gradient of drainage and tree productivity
Article scientifique ArODES

Thierry Heger, Ian J. W. Giesbrecht, Julia Gustavsen, Javier del Campo, Collen T. E. Kellogg, Kira M. Hoffman, Lertzman, William W. Mohn, Patrick J. Keeling

Environmental Microbiology,  2018, 20, 3, pp. 1185-1203

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2017

Identifying protist consumers of photosynthetic picoeukaryotes in the surface ocean using stable isotope probing
Article scientifique ArODES

William D. Orsi, Susanne Wilken, Javier del Campo, Thierry Heger, Erick James, Thomas A. Richards, Patrick J. Keeling, Alexandra Z. Worden, Alyson E. Santoro

Environmental Microbiology,  2018, 20, 2, pp. 815-827

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Résumé:

Photosynthetic picoeukaryotes contribute a significant fraction of primary production in the upper ocean. Micromonas pusilla is an ecologically relevant photosynthetic picoeukaryote, abundantly and widely distributed in marine waters. Grazing by protists may control the abundance of icoeukaryotes such as M. pusilla, but the diversity of the responsible grazers is poorly understood. To identify protists consuming photosynthetic picoeukaryotes in a productive North Pacific Ocean region, we amended seawater with living 15N, 13C-labelled M. pusilla cells in a 24-h replicated bottle experiment. DNA stable isotope probing, combined with high-throughput sequencing of V4 hypervariable regions from 18S rRNA gene amplicons (Tag-SIP), identified 19 operational taxonomic units (OTUs) of microbial eukaryotes that consumed M. pusilla. These OTUs were distantly related to cultured taxa within the dinoflagellates, ciliates, stramenopiles (MAST-1C and MAST-3 clades) and Telonema flagellates, thus, far known only from their environmental 18S rRNA gene sequences. Our discovery of eukaryotic prey consumption by MAST cells confirms that their trophic role in marine microbial food webs includes grazing upon picoeukaryotes. Our study provides new experimental evidence directly linking the genetic identity of diverse uncultivated microbial eukaryotes to the consumption of picoeukaryotic phytoplankton in the upper ocean.

2022

The effects of alternative herbicide-free cover cropping systems on soil health, vine performance, berry quality and vineyard biodiversity in an climate change scenario in Switzerland
Conférence ArODES

Serena Fantasia, Matteo Mota, Frédéric Lamy, David Marchand, Robin Sonnard, Nicolas Delabays, Vivan Zufferey, Beatrice Steinemann, Florine Degrune, Thierry Heger, Markus Rienth

Proceedings of terclim2022, XIVth International Terroir Congress, 2nd ClimWine Symposium, Bordeaux, France, 3-8 July 2022

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Résumé:

Herbicide-free soil management practices are needed to mitigate climate change, increase biodiversity and improve soil quality while minimizing detrimental effects on grapevine’s stress tolerance and fruit quality. Within a multidisciplinary 4-year project we aim to a) evaluate the impact of cover crops on environmental and agronomic parameters and b) propose and develop innovative practices for different viticultural contexts in Switzerland. In the first phase we assessed 30 commercial vineyards across Switzerland, where growers are already using various herbicide-free soil management practices (permanent ground cover on the inter-row plus tillage on the under-vine, spontaneous vegetation or winter cover crops). In all plots, soil status, soil microbiome diversity, plant diversity and biomass, vine physiology and berry quality were assessed. Amongst the tested treatments, winter cover crops appeared to be the most sustainable soil management option, assuring the ecosystem services provided by a cover crop while limiting nitrogen and water deficiency, as was the case of spontaneous vegetation. However, the installation and management of the cover crops need to be considered since detrimental effects on soil health might occur.

A quest for herbicide-free viticulture
Conférence ArODES

Matteo Mota, Serena Fantasia, Thierry Heger, Florine Degrune, Frédéric Lamy, Dorothea Noll, Markus Rienth, David Marchand, Richard Sonnard, Vivian Zufferey, Nicolas Delabays

Proceedings of the 19th EWRS Symposium 2022 "Lighting the future of weed science", 20-23 June 2022, Athens, Greece

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