Lajoie, Geneviève
(2020).
« Ecological and evolutionary perspectives on microbial community assembly » Thèse.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biologie.
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Résumé
Comprendre la diversité de la vie microbienne est crucial pour aborder plusieurs questions fondamentales en écologie et en biologie évolutive. Par l’étude des microbes, nous commençons à évaluer l’universalité des processus écologiques responsables de la distribution des espèces via un beaucoup plus grand spectre de formes et de fonctions biologiques que considéré traditionnellement. Nous avons également une meilleure appréciation du rôle des interactions biotiques dans la coexistence et l’évolution d’espèces cooccurrentes de différents niveaux trophiques. Forte de plusieurs études reliant la composition des communautés microbiennes des humains et végétaux à la santé et la productivité de leur hôte, la recherche appliquée en écologie microbienne a également des impacts importants sur notre conception des phénotypes élargis des plantes et des animaux. Notre compréhension des processus façonnant la vie microbienne a jusqu’à maintenant dépendu principalement de descriptions taxonomiques de populations et de communautés microbiennes. En écologie des macro-organismes, les approches de recherche basées sur les traits des organismes ont renseigné l’étude de la distribution des espèces et de leur évolution en donnant des explications mécanistiques pour les patrons observés. Ces approches demeurent toutefois sous-utilisées en écologie microbienne. Parmi les défis à surmonter, la très grande diversité des phénotypes microbiens rend notamment le choix des traits à l’étude difficile, tout en complexifiant leur interprétation fonctionnelle. Une autre frontière majeure dans notre compréhension de l’écologie microbienne concerne le rôle des hôtes dans l’assemblage de leur communautés microbiennes. Alors que de la variation dans la composition taxonomique des microbes a été documentée entre génotypes et espèces d’hôtes, nous comprenons encore peu les mécanismes sélectifs responsables de tels patrons. On ignore également la façon dont les associations hôte-microbes varient en fonction du contexte écologique dans lequel elles prennent place. Ma recherche doctorale aborde deux objectifs principaux : 1) améliorer notre compréhension de la structure de la diversité microbienne entre les écosystèmes à l’aide d’approches basées sur les traits, 2) déterminer les processus écologiques et évolutifs responsables des associations entre bactéries et hôtes dans des écosystèmes forestiers. À l’aide d’une revue critique de la littérature, mon premier objectif spécifique était d’évaluer les différentes façons dont les approches basées sur les traits pourraient contribuer à la science de l’écologie microbienne. Il visait également à souligner les défis et opportunités pour continuer de faire avancer l’utilisation et l’adoption de ces approches. Mon second objectif spécifique était de déterminer les grands axes de variation dans les traits bactériens au niveau mondial. Nous avons utilisé une méta-analyse de jeux de données métagénomiques et génomiques bactériens pour identifier des groupes de gènes fonctionnels expliquant le plus de variation à la fois entre les écosystèmes et entre les clades bactériens. Mon troisième objectif spécifique était d’évaluer les bases adaptatives du renouvellement taxonomique des bactéries entre espèces d’hôtes dans la forêt tropicale. Nous avons caractérisé la diversité fonctionnelle des communautés bactériennes des surfaces foliaires (i.e. phyllosphère) de 17 espèces d’arbres à l’aide de séquençage métagénomique et évalué la présence d’appariement dans les traits des hôtes et des bactéries. Nous avons également déterminé le rôle des hôtes comme filtres environnementaux bactériens en fonction de leurs traits et de leur phylogénie. Mon dernier objectif spécifique était d’évaluer comment l’assemblage bactérien de la phyllosphère sur leur hôte était influencé par la variation environnementale à large échelle, l’identité de l’hôte et la composition du voisinage de l’arbre hôte. Nous avons abordé cet objectif en collectant et analysant des échantillons microbiens de la phyllosphère de plus de 30 espèces d’arbres à travers un gradient latitudinal de 5 °C s’étendant le long d’une transition de la forêt de feuillus à la forêt boréale. Nous montrons que l’utilisation des approches basées sur les traits représente un pas vers l’avant dans notre investigation des mécanismes d’adaptation microbienne aux gradients environnementaux, mais également dans la mise en place d’une pratique plus intégrative de l’écologie microbienne. Nous révélons ensuite la présence de stratégies écologiques majeures expliquant la variation dans les traits bactériens entre clades et écosystèmes, suggérant la présence de moteurs écologiques et évolutifs universels de la variation fonctionnelle bactérienne dans le monde. Nous apportons également des preuves empiriques d’appariement adaptatif entre les bactéries et leurs hôtes dans la phyllosphère d’espèces d’arbres tropicales, révélant un rôle significatif pour le phénotype des hôtes dans l’assemblage de leurs communautés bactériennes. Notre étude en forêt tempérée révèle de surcroît un effet de la composition de la communauté d’arbres avoisinante dans l’appariement entre les communautés bactériennes et leurs hôtes, menant à une homogénéisation de la composition bactérienne d’espèces d’hôtes cooccurrentes. Cette thèse pose de robustes fondations pour un meilleur usage des traits bactériens et de l’hôte pour comprendre l’origine et le maintien de la diversité bactérienne à l’intérieur des écosystèmes et entre eux. Ce faisant, nous identifions un chemin pragmatique pour rendre l’écologie microbienne plus généralisable. En identifiant des mécanismes par lesquels les hôtes organisent l’assemblage des communautés bactériennes sur leurs feuilles et celles d’autres espèces, nous supportons également l’hypothèse que la vie avec les hôtes représente un axe important de variation écologique chez les bactéries. Somme toute, par l’usage de diverses méthodologies de recherche, incluant une revue conceptuelle, une méta-analyse, et des études de terrain, cette recherche contribue des vues nouvelles et approfondies sur les moteurs écologiques et évolutifs de la diversité microbienne.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : écologie microbienne, associations hôtes-symbiontes, diversité fonctionnelle, phyllosphère, métagénomique
| Type: |
Thèse ou essai doctoral accepté
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| Informations complémentaires: |
Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF/A. |
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Directeur de thèse: |
Kembel, Steven W. |
| Mots-clés ou Sujets: |
Écologie microbienne / Diversité microbienne / Traits fonctionnels / Relations hôte-bactérie / Communautés bactériennes / Phyllosphère / Forêts tropicales / Métagénomique |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département des sciences biologiques |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
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| Date de dépôt: |
28 févr. 2022 12:33 |
| Dernière modification: |
28 févr. 2022 12:33 |
| Adresse URL : |
http://archipel.uqam.ca/id/eprint/15222 |
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