Exploring the temperate tree leaf microbiome : from natural forests to controlled experiments and urban environments

Laforest-Lapointe, Isabelle (2017). « Exploring the temperate tree leaf microbiome : from natural forests to controlled experiments and urban environments » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biologie.

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Résumé

À travers les interactions plante-microbe, les microorganismes ont le potentiel d'influencer la physiologie et le métabolisme de leur plante-hôte, voire même les interactions écologiques entre espèces végétales. Les surfaces aériennes des plantes, un habitat connu sous le nom de phyllosphère, représentent une aire totale d'environ 4 x 108 km2. Malgré que cet habitat soit oligotrophique, c'est-à-dire extrêmement pauvre en nutriments et exposé à la fluctuation constante des conditions physiques, une grande diversité de microorganismes y réside. Par le passé, les recherches portant sur la phyllosphère étaient limitées par les méthodes dépendantes de culture, puisque celles-ci sous-estimaient systématiquement la taille et la diversité des populations microbiennes. L'arrivée récente des techniques indépendantes de culture, telles que le séquençage à haut débit, a contribué à l'amélioration de la compréhension de la structure et de la diversité des communautés microbiennes environnementales, tous milieux confondus. L'étude des communautés microbiennes est d'autant plus importante, puisqu'elles participent à la régulation des populations animales et végétales; dégradent plusieurs contaminants; contribuent aux défenses de l'hôte contre les pathogènes; et finalement synthétisent de multiples composés vitaux pour la productivité des plantes-hôtes. De plus, il a été démontré que le microbiome de la phyllosphère contribue significativement aux cycles du carbone et de l'azote au sein des écosystèmes terrestres. Les arbres exposent une multitude de surfaces (racine, écorce, feuille) aux microorganismes, permettant ainsi le développement d'interactions arbre-microbe qui sont essentielles pour la productivité des arbres. Le nombre croissant d'études laisse présager que les communautés microbiennes jouent un rôle crucial pour la santé des plantes-hôtes, soulignant ainsi l'importance d'améliorer la compréhension de la structure et des dynamiques de ces communautés au sein des écosystèmes naturels et urbains. Plusieurs recherches se sont attardées à l'étude du microbiome des feuilles des arbres en milieu naturel, mais peu d'efforts ont été consacrés à l'étude de ces communautés en milieu urbain, un environnement dans lequel les arbres agissent comme vecteurs de cellules bactériennes dans l'air, ce qui pourrait influencer indirectement la santé des populations humaines. Puisque la majorité des études du microbiome foliaire des arbres se sont déroulées dans les forêts tropicales, notre premier objectif était de caractériser la structure et les dynamiques d'assemblage des communautés bactériennes de la phyllosphère des arbres de la forêt tempérée du Québec. Pour ce faire, nous avons comparé l'influence relative de l'identité de l'espèce-hôte, de la location géographique et du temps sur la structure des communautés bactériennes foliaires. Notre deuxième objectif était d'évaluer la taille de la variation au sein du feuillage d'un arbre. Ainsi, nous avons testé la robustesse d'un protocole utilisant un échantillon unique pour représenter l'ensemble de la variation des communautés bactériennes foliaires au sein du feuillage d'un individu arborescent en comparant les variations intra-individuelle, interindividuelle et interspécifique. Troisièmement, nous avons quantifié les relations entre la diversité bactérienne des feuilles, plusieurs variables décrivant la communauté végétale locale (la richesse spécifique ainsi que la diversité et l'identité fonctionnelle), ainsi que la productivité de cette communauté végétale dans le cadre d'une expérience de relation fonctionnelle biodiversité-écosystème. En utilisant une expérience de biodiversité innovatrice, nos résultats appuient l'hypothèse voulant que la diversité bactérienne des feuilles soit liée à la productivité végétale locale. Finalement, notre dernier objectif était de caractériser et de comparer les communautés bactériennes de la phyllosphère des arbres en milieu naturel et en milieu urbain, ainsi que le long d'un gradient d'urbanisme. Somme toute, les résultats de notre premier chapitre confirment le rôle dominant de l'identité de l'espèce-hôte dans la détermination de la composition des communautés bactériennes foliaires. En comparaison, les effets du site et du temps étaient significatifs mais beaucoup plus faibles. Les résultats de notre deuxième chapitre démontrent que, malgré que la variation intra-individuelle des communautés bactériennes foliaires au sein du feuillage d'un arbre soit plus petite que celle entre plusieurs individus (interindividuelle), ces deux variations ne sont pas significativement différentes en taille. Le troisième chapitre fournit une preuve sans précédent de la corrélation positive entre la diversité du microbiome foliaire des plantes et la productivité des écosystèmes terrestres, suggérant ainsi un nouveau mécanisme qui pourrait améliorer le pouvoir explicatif des modèles de relation fonctionnelle biodiversité-écosystème. Finalement, le quatrième chapitre illustre que les communautés bactériennes foliaires des arbres en milieu naturel et urbain diffèrent en composition mais non en diversité. Nos résultats suggèrent donc que les activités anthropogéniques influencent le microbiome urbain des plantes, et que ces changements pourraient agir rétroactivement sur la santé des populations humaines urbaines. Malgré le nombre grandissant d'études portant sur les communautés bactériennes de la phyllosphère, très peu de ces recherches présentent simultanément une caractérisation des milieux naturels et urbains, et ce pour de nombreuses espèces végétales ainsi que plusieurs facteurs de variation. De la sorte, la thèse de doctorat ci-présente offre une évaluation originale et innovatrice des dynamiques au sein du microbiome de la phyllosphère, alliant l'utilisation d'une base forte en écologie et de techniques de séquençage avancées, et contribuant ainsi significativement au domaine des interactions plante-microbe. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : phyllosphère, microbiome, forêt tempérée, interaction plante-bactérie, écologie urbaine.

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Kembel, Steven
Mots-clés ou Sujets: Phyllosphère / Feuilles -- Microbiologie / Relations plante-micro-organisme / Écologie microbienne / Forêts tempérées / Arbres dans les villes / Québec (Province)
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département des sciences biologiques
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 01 sept. 2017 11:00
Dernière modification: 01 sept. 2017 11:00
Adresse URL : http://www.archipel.uqam.ca/id/eprint/9837

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