Impact of environmental drivers and phytoplankton diversity on the dimethylsulfoniopropionate (DMSP) and dimethylsulfoxide (DMSO) cell quotas: laboratory experiments and natural variability.

English. In the last two decades, particular interest has been given to the cycle of dimethylsulfide (DMS), a climate active gas, and its precursors the dimethylsulfoniopropionate (DMSP) and the dimethylsulfoxide (DMSO). DMS is involved in the Earth’s radiation budget while the DMS(P,O) are produced by a wide variety of micro- and macroalgae, corals, bacteria, or angiosperms in response to diverse environmental stresses. Several functions have been suggested for these sulfur compounds such as antioxidants, cryoprotectants, overflow mechanisms, osmolytes, zooplankton deterrents or signalling compounds. This research aims at improving the knowledge about the antioxidant role of DMS(P,O) within three major phytoplankton groups: diatom (i.e. Skeletonema costatum), Prymnesiophyceae (i.e. Phaeocystis globosa) and dinoflagellate (i.e. Heterocapsa triquetra). The experimental results demonstrate that cellular DMS(P,O) have the ability to lower cellular reactive oxygen species concentrations produced during high-light and chemically-induced oxidative stresses; thus supporting the antioxidant function. However, the initial DMS(P,O) concentrations of each species are not informative of their ability to tolerate a further oxidative stress, and their concentrations do not increase in high-light grown cells. The DMS(P,O) may then act as antioxidants without being part of the antioxidant response of the cell. We recommend analysing more constituents of the antioxidant system (i.e. enzymes, carotenoids, redox buffer) along with DMS(P,O) by-products and DMSP-lyase activity to better understand the cellular function of DMSP. Field measurements in the North Sea, including the Belgian Coastal Zone (BCZ) and the Northern North Sea (NNS), bring additional information on the DMS(P,O) variations. While abiotic parameters (nutrients, temperature, and incident light) influence the Chlorophyll-a (Chl-a) concentrations in the BCZ, this impact is not reflected in the DMS(P,O) concentrations. The latter depend on the succession of low- and high-DMSP producing species (i.e. diatoms and Phaeocystis, respectively). In the NNS in August, no distinct pattern can be drawn for the DMS(P,O) evolution regarding the phytoplankton diversity or abiotic parameters. Investigated by correlations between DMS(P,O), photoprotective pigments and incident light, the antioxidant function is not observed for this short-term period of sampling in a temperate sea. Based on Chl-a linear regressions, DMS(P,O) concentrations are successfully estimated with two distinct relationships for diatoms and Prymnesiophyceae in the BCZ. However, this estimation lacks accuracy in the NNS due to the mixed phytoplankton community observed. Further work will provide a better understanding about the antioxidant function – especially on the field – and its association with the phytoplankton diversity in temperate regions such as the North Sea.

French. Un intérêt grandissant est né ces deux dernières décennies pour le cycle du dimethylsulfide (DMS) et ses précurseurs le dimethylsulfoniopropionate (DMSP) et le dimethylsulfoxide (DMSO). Le DMS est impliqué dans le budget radiatif terrestre alors que les DMS(P,O) sont produits par une grande variété de macro et microalgues, coraux, bactéries et certains angiospermes pour répondre aux pressions environnementales. Plusieurs fonctions physiologiques leur ont été attribuées avec entre autres des rôles d’antioxydants, de cryoprotecteurs, ou encore d’osmolytes. Cette recherche a pour but d’améliorer les connaissances à propos du rôle antioxydant du DMS(P,O) au sein de trois groupes phytoplanctoniques majeurs : les diatomées (e.g. Skeletonema costatum), les Prymnesiophyceae (e.g. Phaeocystis globosa) et les dinoflagellés (e.g. Heterocapsa triquetra). Les résultats expérimentaux ont mis en évidence que les DMS(P,O) ont la capacité de réduire les concentrations en dérivés réactifs de l’oxygène produits lors de stress lumineux ou chimiques, supportant ainsi leur rôle d’antioxydants. Cependant, les concentrations initiales en DMS(P,O) de chaque espèce n’informent pas sur leur capacité à résister à un stress ultérieur et n’augmentent pas lors de stress lumineux à long terme. Les DMS(P,O) peuvent jouer le rôle d’antioxydants sans pour autant faire partie de la réponse antioxydante de la cellule. Nous suggérons dès lors d’analyser l’ensemble du système antioxydant (e.g. enzymes, caroténoïdes, tampon redox) de même que les sous-produits d’oxydation du DMS(P,O) et l’activité DMSP-lyase pour mieux comprendre la fonction cellulaire jouée par le DMSP. Des mesures de terrain en Mer du Nord, incluant la Zone Côtière Belge (ZCB) et le Nord de la Mer du Nord (NMN), apportent un regard supplémentaire sur les variations du DMS(P,O). Alors que les paramètres abiotiques (nutriments, température et lumière incidente) influencent la concentration en Chlorophylle-a (Chl-a) en ZCB, cet impact ne se reflète pas dans les concentrations en DMS(P,O). Ces dernières sont déterminées par la succession de faibles et forts producteurs de DMSP (diatomées et Phaeocystis, respectivement). Au mois d’août en NMN, aucun pattern n’a pu être identifié quant à l’évolution du DMS(P,O) par rapport à la diversité phytoplanctonique et les paramètres abiotiques. Etudiée grâce aux corrélations entre le DMS(P,O), les pigments photoprotecteurs et la lumière incidente, la fonction antioxydante n’a pas été observée pour cette courte période d’échantillonnage en mer tempérée. Basés sur les régressions linéaires avec la Chl-a, les DMS(P,O) ont été estimés avec succès en ZCB avec deux relations distinctes pour les diatomées et les Prymnesiophyceae. Cependant, cette estimation n’a pas été satisfaisante pour la NMN en raison d’une communauté phytoplanctonique mixte. Des recherches supplémentaires permettront de mieux comprendre la fonction antioxydante – en particulier sur le terrain – et son lien avec la diversité phytoplanctonique des régions tempérées comme la Mer du Nord.