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Les zones humides côtières sont des écosystèmes vitaux qui contribuent à la régulation du climat, à la conservation de la biodiversité et à la gestion de l’eau par des processus tels que la séquestration du carbone, l’évapotranspiration et les émissions de méthane (CH4)1. Ces écosystèmes, qui comprennent les zones humides d’eau douce et d’eau salée2, sont très productifs et constituent des zones critiques pour l’absorption de dioxyde de carbone (CO2) et la capture de la matière organique dans les environnements terrestres et marins 3,4. Les interactions dynamiques au sein de ces zones humides stimulent la production et la consommation microbiennes de CH4 5, ce qui les positionne comme l’une des plus grandes sources naturelles de CH46. En tant que deuxième gaz à effet de serre le plus important, le CH4 a un potentiel de réchauffement planétaire environ 27 à 30 fois supérieur à celui du CO2 4,7,8,9, ce qui rend l’étude des émissions de CH 4 des zones humides côtières essentielle à l’ère du changement climatique. L’émission de CH4 est influencée par divers facteurs environnementaux, en particulier la salinité, qui joue un rôle crucial dans les processus microbiens10. Les zones humides d’eau douce contribuent de manière significative au méthane atmosphérique en raison de leurs faibles niveaux de sulfate, ce qui facilite une plus grande production microbienne de CH4, tandis que les zones humides d’eau salée ont généralement tendance à émettre moins de CH4 en raison de concentrations plus élevées de sulfates 11,12,13.
Les émissions de CH4 provenant des zones humides côtières sont généralement contrôlées par deux groupes de micro-organismes, connus sous le nom de méthanogènes et de méthanotrophes14. Les méthanogènes produisent du CH4 dans les sédiments anoxiques en décomposant des substrats tels que le formiate, l’acétate, l’hydrogène ou les composés méthylés par un processus connu sous le nom de méthanogenèse15. L’enzyme importante de cette voie est la méthyl-coenzyme M réductase (MCR), car elle catalyse l’étape finale et limitante de la méthanogenèse 15,16,17. Le gène mcrA, qui code pour la sous-unité alpha de MCR, est un marqueur fonctionnel que l’on retrouve chez toutes les archées méthanogènes18. De plus, dans les zones humides côtières, la zone de transition sulfate-méthane (SMTZ) se forme au-dessus de la zone méthanogène, où le méthane se diffusant vers le haut et le sulfate se déplaçant vers le bas convergent et s’appauvrissent19. Dans cette zone, les archées méthanotrophes anaérobies (ANME) oxydent le méthane en dioxyde de carbone à l’aide de l’enzyme MCR, tandis que les bactéries sulfato-réductrices (SRB) réduisent le sulfate en sulfure. Les SRB surpassent les méthanogènes pour l’hydrogène et l’acétate, limitant la production de méthane jusqu’à ce que le sulfate soit épuisé16,17.
En revanche, les bactéries méthanotrophes aérobies oxydent le CH4 dans les environnements aérobies20, en utilisant différentes formes de méthane monooxygénase (MMO). Il s’agit notamment de la méthane monooxygénase particulaire (pMMO), une enzyme contenant du cuivre intégrée dans la membrane intracytoplasmique, et de la méthane monooxygénase soluble (sMMO), une enzyme contenant du fer présente dans le cytoplasme. Cependant, pour le pMMO, il existe trois opérateurs de gènes pmoCAB21 ; parmi eux, le gène pmoA est le plus conservateur pour tous les méthanotrophes. Il existe deux gènes biomarqueurs différents pour le pmoA : pmoA1 et pmoA222. De plus, pour une compréhension complète des méthanotrophes, le gène mmoX est utilisé comme outil en biologie moléculaire pour identifier les méthanotrophes23 contenant des sMMO. Cette distinction dans les voies métaboliques et les exigences environnementales des méthanogènes et des méthanotrophes aérobies met en évidence les interactions microbiennes complexes qui régulent le cycle du méthane dans les écosystèmes des zones humides côtières.
La zone humide de Boca Chica (C.-B.), un environnement d’eau salée productif dans le sud du Texas, subit des influences de marée du golfe du Mexique (GOM), entraînant des niveaux de salinité de surface variables, notamment en raison de sa proximité avec l’hypersaline Laguna Madre24. Cette action des marées, alternant entre les marées hautes et basses, fait fluctuer les niveaux d’oxygène25 , ce qui pourrait modifier l’activité méthanogène et méthanotrophe dans les sédiments26. En revanche, les zones humides d’eau douce côtières sont considérées comme un point chaud important pour les flux de CH4 27. Les zones humides d’eau douce côtières du sud du Texas, y compris Resaca Del Rancho Viejo (RV) et Lozano Banco (LB), éloignées des effets de marée du GOM, ont une gestion hydrologique distincte. Le VR subit des débits pulsés complétés par de l’eau de rivière pendant les faibles niveaux d’eau, tandis que le LB fonctionne comme un système d’écoulement hors ligne sans une telle supplémentation. De plus, RV et LB maintiennent des niveaux de salinité plus faibles en raison d’un débit élevé d’eau douce pompée artificiellement et du fait qu’il s’agit d’un lac de bras mort, respectivement. Les différents facteurs environnementaux peuvent influencer de manière significative le cycle du méthane dans les zones humides côtières du sud du Texas. Cependant, le cycle du méthane dans les zones humides côtières du sud du Texas reste une zone qui n’a pas encore fait l’objet d’une enquête approfondie.
La réaction en chaîne par polymérase (PCR) et la PCR en temps réel (également appelée PCR quantitative [qPCR]) représentent des techniques fondamentales et largement utilisées pour détecter et quantifier l’abondance relative de gènes spécifiques dans les échantillons environnementaux. Ces techniques amplifient spécifiquement les régions ciblées de l’ADN pour indiquer la présence et la quantité relative de gènes liés au cycle du CH4, fournissant ainsi des indicateurs du cycle potentiel du méthane. Néanmoins, la disponibilité et l’efficacité des ensembles d’amorces PCR peuvent être limitées par divers facteurs inhibiteurs dans l’ADN environnemental extrait, étant influencés par les types d’environnements28,29. Ainsi, cette étude a principalement établi une méthode PCR optimale pour détecter la présence de gènes liés au cycle CH4 dans les zones humides côtières du sud du Texas (Figure 1), puis a visualisé leur abondance relative quantifiée dans ces écosystèmes. Les résultats de cette étude peuvent être appliqués à d’autres régions côtières afin d’améliorer la compréhension du cycle du CH4 et de la dynamique microbienne dans divers écosystèmes côtiers.