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Développement d'outils moléculaires pour la détection et quantification des bactéries oxydant le CO atmosphérique et identification des facteurs environnementaux regulant leur distribution et leur activité.

Quiza Moreno, Liliana (2014). Développement d'outils moléculaires pour la détection et quantification des bactéries oxydant le CO atmosphérique et identification des facteurs environnementaux regulant leur distribution et leur activité. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en microbiologie appliquée, 93 p.

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Résumé

Les bactéries carboxydovores du sol séquestrent le monoxyde de carbone (CO) atmosphérique, atténuant ainsi une fraction importante de ses émissions anthropiques. L'atténuation de ces émissions de CO par le sol est une fonction biogéochimique de grande importance, puisque cette activité régule indirectement la durée de vie atmosphérique du méthane, un gaz à effet de serre puissant. Malgré leur forte implication dans la régulation du bilan radiatif terrestre, très peu de bactéries carboxydovores ont été identifiées jusqu'à maintenant. L'objective de cette étude est de vérifier comment l'utilisation des terres influence le puits biologique du CO atmosphérique et d'identifier les bactéries carboxydovores du sol. Le projet a été élaboré pour tester l'hypothèse que la diversité des bactéries oxydant le CO est influencée par les propriétés physico-chimiques du sol et reflète l'activité de consommation de CO mesurée dans le sol. Les travaux ont été amorcés par une mise à jour des oligonucléotides spécifiques au gène coxL, codant pour la grande sous unité de la CO-déhydrogénase responsable de l'oxydation du CO chez les bactéries. Ces dernières ont été utilisées pour déterminer la diversité de ce groupe fonctionnel dans le sol de trois stations d'échantillonnage adjacentes et contrastantes, soient une monoculture de maïs, une plantation de mélèzes et une forêt de feuillus. Ces essais nous ont permis de lier certaines bactéries oxydant le CO atmosphérique avec l'activité de consommation du CO mesurée. Il fut conclu que les séquences coxL appartenant au groupe 1, particulièrement celles qui appartiennent aux 6-Protéobactéries, sont de bons indicateurs de l'activité de consommation du CO dans le sol. Cette notion fut validée lors d'une campagne d'échantillonnage indépendante. Des oligonucléotides ciblant spécifiquement les séquences coxL indicatrices ont été développés pour des essais de qPCR appliqués aux nouveaux échantillons de sol et ont permis de confirmer le lien qui existe entre l'abondance de ces séquences et l'activité. Les données de qPCR ont été validées en estimant l'abondance théorique des bactéries carboxydovores nécessaires pour soutenir l'activité de consommation du CO mesurée. Ces travaux sont les premiers à établir un lien étroit entre la distribution des séquences coxL et l'activité de consommation du CO dans le sol. La détection de l'activité chez Ha/liangium ochraceum, une 6-Protéobactérie, combinée avec la corrélation observée entre les séquences coxL appartenant à cet embranchement et l'activité de consommation du CO dans le sol démontre l'importance de poursuivre les travaux visant à caractériser ce groupe afin de mieux comprendre les facteurs environnementaux qui régissent le puits biologique du CO atmosphérique.

Abstract

Soil carboxydovore bacteria are responsible for atmospheric carbon monoxide (CO) sink, reducing thereby a significant portion of its anthropogenic emissions. Soils CO mitigation is a biogeochemical function of great importance, since this activity indirectly regulates the atmospheric lifetime of methane, a powerful greenhouse gas. Despite their strong implication in regulating Earth's radiative balance, very few carboxydovore bacteria have been identified so far. The objective of this study is to assess the impact of land use on soil's biological sink of atmospheric CO and identify soil carboxydovore bacteria. The hypothesis proposes that the diversity of CO oxidizing bacteria is influenced by soit physicochemical properties and reflects the activity of CO consumption measured in soil. The project began with an update of oligonucleotides targeting the gene coxL encoding the large subunit of CO-dehydrogenase which is responsible for CO oxidation activity in bacteria. This molecular approach allowed us to determine the diversity of this functional group in the soit of three adjacent and contrasting sampling stations which encompassed a deciduous forest, larch plantation and maize field. The tests allowed us to relate certain bacteria oxidizing atmospheric CO with soit CO uptake rates. This work led us to conclude that coxL sequences belonging to group 1, especially those belonging to the class o-Proteobacteria, are relevant indicators of CO uptake activity in soils. This concept was validated in an independent sampling campaign. Degenerate oligonucleotides targeting those coxL indicators sequences by qPCR were developed and applied to new soil samples. The results confirmed the relationship between the abundance of those coxL sequences with the CO uptake activity. qPCR data were validated by estimating the theoretical abundance of carboxydovore bacteria needed to support the CO uptake activity measured in soil. This work is the first to establish a close link between coxL distribution and CO uptake activity in soil. Detection of CO uptake activity in Halliangium ochraceum, a o-Proteobacteria, combined with the observed correlation between coxL sequences belonging to this phylogenetic group and CO uptake activity in the soit, revealed the importance of further work to characterize this group and better understand the environmental factors that influence the biological sink of atmospheric CO.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Constant, Philippe
Mots-clés libres: gaz trace, monoxyde de carbone ; oxydation ; bacterie ; sol ; atmosphère, changement global, échanges gazeux, bactéries carboxydovores
Centre: Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt: 16 mars 2016 21:02
Dernière modification: 16 mars 2016 21:02
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/3334

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