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Suivi de la succession des communautés microbiennes et de l’oxydation du CO d’un sol forestier afin d’identifier des bactéries carboxydovores inconnues

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Lalonde, Isabelle (2016). Suivi de la succession des communautés microbiennes et de l’oxydation du CO d’un sol forestier afin d’identifier des bactéries carboxydovores inconnues Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en microbiologie appliquée, 114 p.

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Résumé

Le monoxyde de carbone (CO) influence la chimie atmosphérique de plusieurs autres gaz dans l’atmosphère. Les radicaux hydroxyles (OH·) et certaines bactéries aérobies du sol sont les deux grands puits atténuant les émissions globales de CO. Le puits biologique étant le moins connu et le plus incertain rend difficile d’évaluer l’impact du changement global sur la distribution et l’activité métabolique des bactéries capturant le CO et ainsi sur la chimie atmosphérique de plusieurs gaz. Quelques bactéries aérobies pouvant consommer le CO atmosphérique, appelées carboxydovores, ont été isolées jusqu’à présent mais ne sont pas suffisantes pour comprendre l’ensemble de ce puits de CO. Pour les étudier, le gène coxL, codant pour la COdéshydrogénase (CODH) permettant la réaction d’oxydation du CO, est utilisé comme point de départ. Une étude précédente a observé un enrichissement de séquences coxL atypiques dans un sol de forêt de feuillus. Ces séquences ont été assignées à des Deltaprotéobacteries, selon leur seul représentant le plus près, Haliangium ochraceum. Cette assignation à de nouvelles espèces de Deltaprotéobacteries aérobies ou d’autres espèces inconnues est fort incertaine en raison du transfert latéral des gènes codant pour la CODH. Le présent projet a été réalisé afin de tenter d’identifier les bactéries possédant le gène coxL atypique en colonisant le sol de forêt de feuillus stérile avec sa flore indigène. Ainsi, la consommation du CO, la diversité des gènes coxL et la diversité des gènes d’ARNr 16S ont pu être suivis en fonction du temps d’incubation du sol. Une méthode innovatrice impliquant le calcul de réseaux de corrélation a été utilisée pour intégrer les données. Les ribotypes démontrant une forte covariation durant la colonisation du sol ont d’abord été groupés en 5 modules différents. La diagonalisation des modules en vecteurs a permis d’identifier un module fortement corrélé à l’activité de consommation de CO du sol. Des analyses de corrélations ont été effectuées entre le vecteur de ce dernier module et les génotypes coxL détectés durant l’incubation. La très faible abondance de ribotypes de Deltaprotéobacteries retrouvés dans l’étude permet de conclure qu’il est peu probable que le génotype coxL atypique provienne de bactéries appartenant à cette classe. Selon la forte corrélation au CO et l’abondance de certains OTU ARNr 16S, les génotypes atypiques coxL pourrait provenir de bactéries de la famille des Microbacteriaceae, Actinospicacae ou Acetobacteraceae. Le suivi des séquences coxL par qPCR laisse croire que les bactéries possédant le gène coxL atypique seraient des stratégistes K. Leur domestication nécessitera des milieux de culture formulés pour défavoriser les bactéries à croissance rapide et la cellulose sera la source de carbone à privilégier.

Abstract

Surveys of the coxL gene, encoding the large subunit of the CO-dehydrogenase, are used as a standard approach in carboxydovore bacteria scavenging atmospheric CO ecological studies. Recent soil surveys unveiled that the distribution of coxL sequences encompassing the atypical genotype coxL-type I(group x) was correlated to the CO oxidation activity. Based on phylogenetic analysis including the available coxL reference genome sequences, this unusual genotype was assigned to an unknown Deltaproteobacteria with the coxL sequence from Haliangium ochraceum being the sole and closest reference sequence. Here we seek to challenge the proposed taxonomic assignation of coxL(group x) genotype through the monitoring of CO consumption activity and microbial community successions during the colonization of sterile soil microcosms inoculated with indigenous microorganisms. In our study, we established that the estimated population density of Deltaproteobacteria was too small to account for the abundance of coxL(group x) genotype detected in soil. Furthermore, we computed a correlation network to relate 16S rRNA gene profiles with the succession of coxL genotypes and CO uptake activity in soil. We found that most of the coxL genotypes for which the colonization profile displayed covariance with CO uptake activity were related to potential carboxydovore bacteria belonging to Actinobacteria and Alphaproteobacteria. Our analysis did not provide any evidence that coxL(group x) genotypes belonged to Deltaproteobacteria. Considering the colonization profile of CO-oxidizing bacteria and the theoretical energy yield of measured CO oxidation rates in soil microcosms, we propose that unknown carboxydovore bacteria harboring the atypical coxL(group x) genotype are mixotrophic K-strategists.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Constant, Philippe
Mots-clés libres: CO atmosphérique, bactéries carboxydovores, coxL, sol, Carbon monoxide, forest soil, carboxydovore bacteria, correlation network, monoxyde de carbone; carbon monoxid
Centre: Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt: 29 avr. 2018 05:21
Dernière modification: 29 avr. 2018 05:21
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/6762

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