Au sein de ce projet doctoral, je me suis concentrée sur deux régions différentes mais histori- quement productives de l’Arctique (Golfe d ?Amundsen et Baie de Baffin) en utilisant plusieurs échelles spatiales et temporelles. De façon générale, mes objectifs sont de mettre en évidence la biogéographie et l ?écologie des espèces microbienne eucaryotes. Nous tentons ici de répondre à diverses questions telles que ; Comment les environnements polaires et les saisons extrêmes associées façonnent les communautés microbiennes et comment est-ce que les espèces s ?y adaptent ? On se demande également quels impacts le changement climatique pourrait avoir sur ces espèces microbiennes, représentant le premier lien essentiel des réseaux alimentaires marins ? Les trois chapitres de cette thèse sont représentés par trois articles scientifiques et à mesure de l’avancée de la thèse, l’échelle de temps à laquelle nous étudierons différents phéno- mènes diminue avec une échelle de temps de l’ordre de près de 8 mois pour le premier article, près d’une journée pour le second, pour finir avec une échelle de temps de l’ordre de plusieurs heures dans le troisième article. Également, le lien commun entre les différents articles réside dans le fait que nous nous intéressons aux conditions les plus extrêmes du spectre environ- nemental arctique allant depuis l’obscurité totale de la nuit polaire jusqu’aux conditions de lumière 24 h sur 24 en fin d’été. Mes résultats ont contribué à l’avancement des connaissances dans le domaine de l’écologie microbienne arctique, en mettant particulièrement l’accent sur la survie pendant la nuit polaire et sur les effets potentiels du changement climatique sur l’accu- mulation de biomasse photosynthétique et les capacités photo physiologiques associées. En plus de la contribution à l’avancement des connaissances dans le domaine de l’écologie microbienne arctique, ce travail a été réalisé au sein d ?une équipe de recherche multidisciplinaire, combi-
nant océanographie physique, télédétection de la biomasse par satellite, cytométrie de flux, microscopie, analyse de pigments photosynthétiques par chromatographie en phase liquide à haute pression, biologie moléculaire et métagénomique.
Chapitre 2 – Article I – Seasonnal patterns in Arctic prasinophytes and infer- red ecology of Bathycoccus unveiled in an Arctic winter metagenome (« Patron saisonnier chez les prasinophytes issus de l’Arctique et écologie potentielle de Ba- thycoccus révélée par l’étude d’un métagénome hivernal arctique »)
Publication : The ISME Journal doi :10.1038/ismej.2017.7
Cet article décrit la diversité des prasinophytes durant 8 mois dans le golf d’Amundsen par l’utilisation du séquençage par amplicon ADNr et ARNr 18S. L’étude a révélé que les prasi- nophytes maintenaient leur présence au cours des 8 mois échantillonnés et ce, même pendant la nuit polaire, et qu’un prasinophyte en particulier, Bathycoccus prasinos, semblait être plus abondant pendant cette période difficile. L’étude complémentaire d’un métagénome hivernal a permis de reconstituer une bonne partie du génome de cette espèce, encore jamais séquencé depuis les eaux arctique et des analyses de gènes marqueurs phylogénétiques ont permis de pla- cer l’écotype arctique au sein du clade côtier B1. Finalement, la présence d’un grand nombre de séquences virales dans le métagénome suggère qu ?une suppression suppression virale de Micromonas pendant l’hiver aurait contribué au succès écologique de Bathycoccus prasinos. Les objectifs de ce chapitre étaient les suivants :
1. Étudier la survie des prasinophytes pendant la nuit polaire 2. Caractériser leur diversité
3. Se renseigner sur l’écologie de Bathycoccus prasinos issu des eaux arctiques
Chapitre 3 – Article II – Baffin Bay as a Janus gateway (« La baie de Baffin, un passage de type Janus à double face »)
Cet article s’intéresse à la variation spatiale de la diversité des communautés microbiennes eucaryotes ainsi qu’aux taux de production primaire qui leur sont associés de chacun des côtés de la BB par l’analyse de données collectées en surface, à 20 m et à la SCM puis soumises au séquençage par amplicon. Les communautés à 20 m ont également été échantillonnées de façon plus intensive durant un cycle de près de 24 h afin d’avoir une résolution plus fine de la diversité taxonomique à cette profondeur. Cette étude a pu mettre en évidence une différence entre les résultats issus des données sattelitales et ceux issus des mesures locales, avec la présence d’un SCM du côté Groenland non détectable par télédétection, associée à une nitracline peu profonde. Cette étude a aussi révélé que les espèces photosynthétiques dominantes étaient différentes de chacun des côtés de BB avec la présence de diatomées de type Chaetoceros aff. gelidus dominant du côté canadien, alors que du côté du Groenland on retrouve des espèces potentiellement nocives de type Pseudo-nitzschia spp. Une analyse reposant sur la présence
d’OTU unique à chaque côté, couplée à des analyses de réseau écologique entre les espèces a montré qu’il existe une variabilité locale élevée avec des écosystèmes distincts de chacun des côtés de la baie, en lien avec les différentes masses d’eau qui la parcourt. Les objectifs de ce chapitre étaient les suivants :
1. Comparer l’estimation de la biomasse photosynthétique obtenue d’une part par des outils de télédétection avec des données locales
2. Mettre en évidence la variabilité spatiale de la communauté microbienne eucaryote dans la BB et identifier les facteurs responsables de cette hétérogénéité
3. Caractériser la diversité des communautés photosynthétiques et autres organismes mi- crobiens et la mettre en lien avec les différentes masses d’eau caractéristiques du Nord de la Baie de Baffin
4. Étudier les relations écologiques entre les différents organismes
Chapitre 4 – Article III – Photosynthetic microbial communities and photophy- siology in Northern Baffin Bay (« Communautés photosynthétiques microbiennes et photophysiologie dans le Nord de la Baie de Baffin »)
Cet article met l’accent sur les capacités photophysiologiques des organismes photosynthé- tiques des deux côtés de la BB, sur la composition pigmentaire et taxonomique des commu- nautés photosynthétiques ainsi que sur l’existence potentielle de cycle journalier malgré la pré- sence de lumière 24 h/24 en Arctique lors de l’été. Les résultats ont montré que les paramètres photosynthétiques mesurés (Ek et PBmax), étaient plus élevés dans les échantillons de surface
pour les deux stations de la BB, témoignant de l’adaptation des communautés aux intensités lumineuses de leur habitat respectif. Nous montrons également que divers taxons participent à la communauté photosynthétique au cours d’un cycle de ∼24 h avec des moments d’ap- parition différents selon les espèces associées à des valeurs de paramètres photosynthétiques spécifiques. Enfin, nous émettons l’hypothèse de la présence de cycle diurne dans la teneur en pigments photosynthétiques associés aux diatomées et aux prasinophytes dans les populations naturelles de l’Arctique, potentiellement en lien avec l’accumulation efficace de la biomasse après ∼24 h menant au long terme au succès écologique de ces espèces. Les objectifs de ce chapitre étaient les suivants :
1. Étudier l’adaptation des communautés aux conditions lumineuses en milieu naturel en utilisant des échantillons collectés à deux profondeurs pendant ∼24 h
2. Caractériser la communauté photosynthétique en combinant différents outils ; pigments, séquençage par amplicon et cytométrie en flux (FCM)
3. Mettre en relation la communauté avec les paramètres photophysiologiques mesurés 4. Évaluer l’effet de lumière sur les communautés photosynthétiques pendant 24 h
Chapitre 2
Seasonal patterns in Arctic
prasinophytes and inferred ecology of
Bathycoccus
unveiled in an Arctic
winter metagenome
2.1
Résumé
Dans l’OA, un seul écotype endémique du prasinophyte Micromonas est souvent le taxon pho- tosynthétique reporté comme étant le plus abondant de l’été jusque l’automne. Cependant, la dynamique saisonnière des prasinophytes en dehors de cette période est peu connue. Pour cette raison, nous avons analysé des données de séquençage de l’ARNr 18S sur des échantillons collectés durant 8 mois dans la région du golfe d’Amundsen, mer de Beaufort, Arctique. Éton- namment nous avons trouvé une forte proportion de reads provenant de Bathycoccus, pendant la Nuit Polaire. Par la suite, nous avons analysé un métagénome hivernal et avons pu recons- truire jusque 90% du génome de Bathycoccus face à seulement 20% pour Micromonas. Une analyse phylogénétique plus poussée nous a permis de placer l’écotype Arctique de Bathycoccus parmi le clade côtier B1. En parallèle, nous avons révélé la présence d’une communauté virale hivernale ciblée vers Micromonas, avec une diversité beaucoup plus faible de virus ciblant Bathycoccus.