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Marta Alonso García

 

Chercheure post-doctorale

Département de biologie, Université Laval

Pavillon Charles-Eugène-Marchand
1030 avenue de la Médecine
Université Laval
Québec
Québec, Canada
G1V 0A6

418656.2131 poste 8265
m.alonsogarcia@um.es

 

 


 
 
 

Projet de recherche

Microbiomes: bactéries et virus associés aux bryophytes dans l'Arctique Canadien

Les écosystèmes arctiques ont des histoires géologiques et climatiques très complexes; ils sont aussi très menacés. L'augmentation du réchauffement climatique, due en partie aux activités anthropiques, constitue une menace immédiate pour ces écosystèmes critiques. En outre, ils détiennent de vastes ressources énergétiques inexploitées. Inhospitalier pour la plupart des plantes supérieures, les environnements arctiques sont dominés par les cryptogames et les microbes, les cyanobactéries, les champignons vivant en liberté et lichénées. Les tapis cryptogamiques forment la majorité de la biomasse photosynthétique et, par conséquent, ils sont à la base de la chaîne alimentaire dans les régions du nord. À l'interface entre la biodiversité et la biologie fonctionnelle, la recherche sur les interactions plantes-microbes est fondamentale pour comprendre les effets sur le cycle des nutriments et le fonctionnement des écosystèmes dans leur ensemble. L'étude de la diversité et de la biologie fonctionnelle des microorganismes (y compris les virus) associés aux plantes hôtes est difficile en raison de leur taille réduite et de la nature cryptique de ces interactions. En fait, nous semblons commencer seulement à découvrir la complexité du microbiome et l'effet de telles interactions sur le génotype et le phénotype ainsi que son impact sur le comportement des plantes et des animaux. La plupart des recherches sur le microbiome des plantes proviennent d'organismes modèles (par exemple la mousse de sphaigne Sphagnum) et typiquement des zones tempérées. Afin d'étendre ces études aux écosystèmes éloignés et aux organismes peu étudiés, beaucoup d'efforts sont consacrés à l'étude des régions nordiques (habitats boréaux, subarctiques et arctiques). Par exemple, on a récemment estimé que 50% de l'azote total de la forêt boréale provient exclusivement de cyanobactéries fixatrices de N2 associées aux mousses. Bien que telles estimations soient insuffisantes dans l'Arctique canadien, il y a des efforts concertés pour décrire et manipuler expérimentalement les plantes et les microbes dans les conditions climatiques actuelles et futures.

À l'Université de Laval, plusieurs initiatives ciblant la recherche sur les microbes et les virus aquatiques sont menées avec succès. Le Dr Villarreal collabore activement avec le Dr Connie Lovejoy, le Dr Warwick Vincent (Département de biologie) et le Dr Alexander Culley (Département de microbiologie) sur la diversité microbienne et virale par l'intermédiaire d'étudiants diplômés. La recherche proposée appuiera davantage l'étude des interactions microbiennes et virales avec les cryptogames à l'Université de Laval. On propose une approche concertée pour étudier les hôtes bryophytes et les microbiomes associés (projet «Microbiomes: bactéries et virus associés aux bryophytes dans l'Arctique canadien» financé par la subvention à la découverte du CRSNG du Dr Juan Carlos Villarreal). Cinq espèces de bryophytes seront considérées, telles que Dicranum sp., Hylocomium splendens (Hedw.) Schimp., Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., Ptilium crista-castrensis (Hedw.) De Not. et Racomitrium lanuginosum (Hedw.) Brid. Toutes sont significativement abondantes et largement réparties dans les écosystèmes arctiques et subarctiques. Au sein de la communauté du microbiome, nous étudierons les bactéries et les virus se développant épiphytiquement et endophytiquement sur les bryophytes. Les principaux objectifs sont de (i) décrire les microbes (bactéries et virus) associés à ces espèces, (ii) tester les différences dans la composition du microbiome le long d'un gradient latitudinal de l'Arctique canadien, (iii) documenter une variation saisonnière de la composition du microbiome dans la région subarctique canadienne et dans l'Arctique, (iv) déterminer si les microbiens sont omniprésents ou spécifiques à ces bryophytes et (v) prédire les variations de la communauté microbienne dans le cadre des futurs changements climatiques mondiaux.

Le projet proposé se déroulera principalement dans deux sites pour ce programme: le Bas-Arctique, avec des travaux de terrain à partir des stations CEN de Whapmagoostui-Kuujjuarapik (nord du Québec) et de la station CEN, située sur l'île Bylot au Nunavut; Canada. Les sorties de terrain auront lieu au moins deux fois par an. Dans le subarctique en 2018-2019 et dans le haut arctique en 2019 et 2020. L'équipe établira des parcelles semi-permanentes dans des taches de bryophytes à proximité des stations du CEN. Les échantillons seront conservés avec le réactif de stabilisation de l'ARN RNAlater. L'ARN (ensuite converti en ADNc) et l'ADN seront ensuite extraits en utilisant des kits standards et analysés à l'IBIS. Nous ferons des bibliothèques des échantillons et de la technologie Illumina séquencée via MiSeq chez IBIS et HiSeq chez Mcgill University. La métagénomique des cryptogames sélectionnés sera effectuée pour caractériser la flore microbienne et virale. Le génotypage par séquençage (GBS) et la capture hybride seront utilisés pour le travail génomique de la population et le séquençage de l'amplicon (16S, rbcLX) pour les taxons microbiens. La capture hybride ou «appâts hybrides» s'est avérée efficace même sur de l'ADN hautement dégradé provenant de vieux matériaux d'herbier. Il s'agit donc d'une approche idéale lorsque l'ADN peut être trop dégradé pour les méthodes d'amplification PCR classiques. L'analyse bioinformatique des taxons microbiens se fera via le pipeline QIIME et les pipelines internes à développer par l'équipe. Des analyses multivariées, de l'assemblage du génome et de la structure de la population génomique, seront effectuées à l'IBS. Conclusion générale Le microbiome et le virome des plantes-lichens sont largement inexplorés dans l'Arctique canadien. L'un des principaux focus du laboratoire est d'étudier l'habitat et les gradients latitudinaux de la diversité microbienne dans les cryptogames focaux. La bourse discovery et le soutien du CEN seront essentiels pour explorer le virome associé aux cryptogames arctiques. Pour étudier le virome des cryptogames polaires, le laboratoire Villarreal travaillera en collaboration avec A. Culley, W. Vincent et C. Lovejoy en partageant des méthodologies et formant une équipe pour découvrir le microbiome et le virome des cryptogames. La diversité des virus associés aux cryptogames polaires est un champ complètement ouvert à la recherche. La signification biologique et écologique de la diversité virale au niveau du génotype, du local et de l'écosystème reste à découvrir.

 
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