Defining the core microbiome of high arctic lakes and their responses to permafrost thaw induced brownification

Hallett, Emily N. (2025). Defining the core microbiome of high arctic lakes and their responses to permafrost thaw induced brownification Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 200 p.

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Résumé

Les écosystèmes arctiques, subissent un stress accru sur leur structure en raison des changements climatiques. Les micro-organismes, qui sont au cœur de la structure des écosystèmes arctiques constituent donc des organismes sentinelles d’intérêts. Malgré cela, les effets du changement climatique sur les communautés microbiennes de l'Arctique restent relativement peu caractérisés, en particulier dans les systèmes lacustres. Ce projet de thèse a donc identifié la composition des micro-organismes dans ces lacs du haut-Arctique et a étudié leurs réponses au niveau de la communauté et des cellules au brunissement induit par le dégel du pergélisol, manisfestation d'un Arctique en mutation. Une série de lacs transparents et oligotrophes sur l'île de Bylot (NU, Canada ; pergélisol continu) ont servi de sites d'étude principaux, avec des échantillons prélevés pour la caractérisation microbienne et physicochimique. Un lac transparent comparable, à faible impact anthropogénique, situé au sud du Québec a également été étudié pour fournir une référence tempérée d'un statut trophique similaire. Le séquençage d'amplicons a révélé que les lacs arctiques partageaient un microbiome central distinct des environnements environnants, tandis que le lac tempéré avait un noyau moins défini et ne partageait que quelques genres avec les sites arctiques. Globalement, le microbiome central de l'Arctique n'était pas dominé par des taxons cryophiles, mais plutôt par des bactéries généralistes que l'on trouve dans les systèmes aquatiques du monde entier. Des lixiviats provenant des milieux arctiques (couche active et pergélisol) et de la zone tempérée furent utilisés pour co-incuber les communautés microbiennes de microcosmes de laboratoire. Ces microcosmes simulant le brunissement ont montré que les communautés des lacs arctiques utilisaient de préférence des composés organiques plus labiles, la qualité et la quantité de matière organique affectant directement la croissance, la production et la composition de la communauté. Contrairement aux tendances observées dans l'ensemble de la communauté, les isolats bactériens provenant de ces sites présentaient des schémas d'utilisation des substrats différents, l'efficacité de l'utilisation du carbone et les effets du traitement variant en fonction de la latitude. La morphologie cellulaire a également été influencée par les traitements, et le séquençage du génome entier des isolats a révélé leur potentiel fonctionnel pour la dégradation de la matière organique. En intégrant des observations sur le terrain, des manipulations expérimentales et des analyses génomiques, ce travail démontre que les microbiomes des lacs arctiques présentent à la fois une redondance fonctionnelle et une spécialisation latitudinale dans leurs réponses aux apports de matière organique. La dominance des taxons généralistes dans le microbiome central de l'Arctique remet en question les hypothèses sur la spécialisation microbienne cryosphérique, tandis que les stratégies enzymatiques divergentes des isolats de l'Arctique par rapport à ceux des régions tempérées soulignent comment les pressions environnementaleshistoriques façonnent la plasticité métabolique. Ces résultats établissent une base critique pour prédire comment le cycle du carbone médié par les microbes dans les lacs arctiques peut amplifier ou atténuer les rétroactions climatiques à mesure que le dégel du pergélisol s'accélère. En outre, le découplage observé entre les préférences de substrat au niveau de la communauté et les capacités métaboliques des isolats souligne la nécessité de résoudre les traits fonctionnels à plusieurs échelles biologiques dans les modèles climatiques. En reliant les adaptations microbiennes aux processus à l'échelle de l'écosystème, cette thèse fait progresser notre capacité à prévoir les conséquences écologiques du brunissement de l'Arctique, en soulignant le rôle des communautés microbiennes en tant que sentinelles et médiateurs du changement global dans les paysages nordiques qui se réchauffent rapidement.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Comte, Jérôme
Mots-clés libres:	Arctique; haut Arctique; lacs arctiques; écosystèmes arctiques; changements climatiques; brunissement; dégel du pergélisol; cycle du carbone
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	29 janv. 2026 21:22
Dernière modification:	29 janv. 2026 21:22
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/16820

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