La face cachée de la dune : communautés fongiques du sol: dynamique, succession et interactions avec la végétation d’un écosystème dunaire côtier aux Îles de la Madeleine, Qc

Les écosystèmes dunaires remplissent plusieurs fonctions écologiques essentielles comme celle de protéger le littoral grâce à leur capacité d’amortissement face aux vents et vagues des tempêtes. Les dunes jouent aussi un rôle dans la filtration de l’eau, la recharge de la nappe phréatique, le maintien de la biodiversité, en plus de présenter un attrait culturel, récréatif et touristique. Les milieux dunaires sont très dynamiques et incluent plusieurs stades de succession végétale, passant de la plage de sable nu à la dune bordière stabilisée par l’ammophile à ligule courte, laquelle permet aussi l’établissement d’autres herbacées, d’arbustes et, éventuellement, d’arbres. Or, la survie de ces végétaux est intimement liée aux microorganismes du sol. Les champignons du sol interagissent intimement avec les racines des plantes, modifient la structure des sols, et contribuent à la décomposition de la matière organique et à la disponibilité des nutriments. Ils sont donc des acteurs clés de l’écologie des sols et contribuent à la stabilisation des dunes. Malgré cela, la diversité et la structure des communautés fongiques, ainsi que les mécanismes influençant leur dynamique écologique, demeurent relativement méconnus. Le travail présenté dans cette thèse explore la diversité des communautés fongiques à travers le gradient de succession et de conditions édaphiques d’un écosystème dunaire côtier afin d’améliorer la compréhension de la dynamique des sols en milieux dunaires. Une vaste collecte de données sur le terrain a été réalisée sur une plaine de dunes reliques se trouvant aux Îles de la Madeleine, Qc. J’ai échantillonné plus de 80 sites répartis sur l’ensemble de ce système dunaire et caractérisé les champignons du sol grâce au séquençage à haut débit. Dans un premier temps, j’ai dressé un portait d’ensemble des communautés fongiques du sol à travers les différentes zones des dunes. En plus d’une description taxonomique, les modes de vie fongiques ont été prédits afin de mieux comprendre comment les variations au niveau des communautés de champignons du sol peuvent se traduire en changements fonctionnels. J’ai observé un niveau de diversité fongique élevé (plus de 3400 unités taxonomiques opérationnelles au total) et des communautés taxonomiquement et fonctionnellement distinctes à travers un gradient de succession et de conditions édaphiques. Ces résultats ont aussi indiqué que toutes les zones des dunes, incluant la zone pionière, supportent des communautés fongiques diversifiées. Ensuite, le lien entre les communautés végétales et fongiques a été étudié à travers l’ensemble de la séquence dunaire. Ces résultats ont montré une augmentation claire de la richesse spécifique végétale, ainsi qu’une augmentation de la diversité des stratégies d’acquisition de nutriments (traits souterrains lié à la nutrition des plantes, soit mycorhizien à arbuscule, ectomycorhizien, mycorhizien éricoide, fixateur d’azote ou non spécialisé). J’ai aussi pu établir une forte corrélation entre les champignons du sol et la végétation, qui semblent tous deux réagir de façon similaire aux conditions physicochimiques du sol. Le pH du sol influençait fortement les communautés végétales et fongiques. Le lien observé entre les communautés végétales et fongiques met l’emphase sur l’importance des interactions biotiques positives au fil de la succession dans les environnements pauvres en nutriments. Finalement, j’ai comparé les communautés de champignons ectomycorhiziens associées aux principales espèces arborescentes dans les forêts dunaires. J’ai observé une richesse importante, avec un total de 200 unités taxonomiques opérationnelles ectomycorhiziennes, appartenant principalement aux Agaricomycètes. Une analyse de réseaux n’a pas permis de détecter de modules (c'est-à-dire des sous-groupes d’espèces en interaction), ce qui indique un faible niveau de spécificité des associations ectomycorhiziennes. De plus, je n’ai pas observé de différences en termes de richesse ou de structure des communautés entre les quatre espèces hôtes. En conclusion, j’ai pu observer à travers la succession dunaire des communautés diversifiées et des structures distinctes selon la zone de la dune, tant chez les champignons que chez les plantes. La succession semble toutefois moins marquée au niveau des communautés fongiques, par rapport aux patrons observés chez les plantes. Ces résultats ont alimenté une réflexion sur le potentiel et les perspectives, mais aussi sur les limitations des approches reposant sur le séquençage à haut-débit en écologie microbienne.

Typologie biosédimentaire de la baie de Saint-Brieuc (Manche ouest), et estimation de la biomasse des catégories trophiques macrozoobenthiques.

The aim of this report is to provide biomass estimates (AFDW, g.m-2 ) of the four main components of the benthic food web in the southern part of the Bay of St-Brieuc: suspension-feeders, deposit-feeders, herbivores and carnivores. Patterns in the environmental data (i.e., sedimentary characters) are first analysed, and then related to the spatial distribution of communities ; both approaches use classical ordination techniques (PCA, correspondence analysis). A second typology, based on a review of published litterature concerning coastal macrozoobenthos feeding, ascribes each taxonomic unit to a trophic group. Finally, quantitative results are thus given per biota ; suspension-feeders appear to dominate (in terms of biomass) most of fine-sand habitats of the studied area.

Origin and ecological selection of core and food-specific bacterial communities associated with meat and seafood spoilage

The microbial spoilage of meat and seafood products with short shelf lives is responsible for a significant amount of food waste. Food spoilage is a very heterogeneous process, involving the growth of various, poorly characterized bacterial communities. In this study, we conducted 16S ribosomal RNA gene pyrosequencing on 160 samples of fresh and spoiled foods to comparatively explore the bacterial communities associated with four meat products and four seafood products that are among the most consumed food items in Europe. We show that fresh products are contaminated in part by a microbiota similar to that found on the skin and in the gut of animals. However, this animal-derived microbiota was less prevalent and less abundant than a core microbiota, psychrotrophic in nature, mainly originated from the environment (water reservoirs). We clearly show that this core community found on meat and seafood products is the main reservoir of spoilage bacteria. We also show that storage conditions exert strong selective pressure on the initial microbiota: alpha diversity in fresh samples was 189 +/- 58 operational taxonomic units (OTUs) but dropped to 27 +/- 12 OTUs in spoiled samples. The OTU assemblage associated with spoilage was shaped by low storage temperatures, packaging and the nutritional value of the food matrix itself. These factors presumably act in tandem without any hierarchical pattern. Most notably, we were also able to identify putative new clades of dominant, previously undescribed bacteria occurring on spoiled seafood, a finding that emphasizes the importance of using culture-independent methods when studying food microbiota.

La face cachée de la dune : communautés fongiques du sol: dynamique, succession et interactions avec la végétation d’un écosystème dunaire côtier aux Îles de la Madeleine, Qc

Les écosystèmes dunaires remplissent plusieurs fonctions écologiques essentielles comme celle de protéger le littoral grâce à leur capacité d’amortissement face aux vents et vagues des tempêtes. Les dunes jouent aussi un rôle dans la filtration de l’eau, la recharge de la nappe phréatique, le maintien de la biodiversité, en plus de présenter un attrait culturel, récréatif et touristique. Les milieux dunaires sont très dynamiques et incluent plusieurs stades de succession végétale, passant de la plage de sable nu à la dune bordière stabilisée par l’ammophile à ligule courte, laquelle permet aussi l’établissement d’autres herbacées, d’arbustes et, éventuellement, d’arbres. Or, la survie de ces végétaux est intimement liée aux microorganismes du sol. Les champignons du sol interagissent intimement avec les racines des plantes, modifient la structure des sols, et contribuent à la décomposition de la matière organique et à la disponibilité des nutriments. Ils sont donc des acteurs clés de l’écologie des sols et contribuent à la stabilisation des dunes. Malgré cela, la diversité et la structure des communautés fongiques, ainsi que les mécanismes influençant leur dynamique écologique, demeurent relativement méconnus. Le travail présenté dans cette thèse explore la diversité des communautés fongiques à travers le gradient de succession et de conditions édaphiques d’un écosystème dunaire côtier afin d’améliorer la compréhension de la dynamique des sols en milieux dunaires. Une vaste collecte de données sur le terrain a été réalisée sur une plaine de dunes reliques se trouvant aux Îles de la Madeleine, Qc. J’ai échantillonné plus de 80 sites répartis sur l’ensemble de ce système dunaire et caractérisé les champignons du sol grâce au séquençage à haut débit. Dans un premier temps, j’ai dressé un portait d’ensemble des communautés fongiques du sol à travers les différentes zones des dunes. En plus d’une description taxonomique, les modes de vie fongiques ont été prédits afin de mieux comprendre comment les variations au niveau des communautés de champignons du sol peuvent se traduire en changements fonctionnels. J’ai observé un niveau de diversité fongique élevé (plus de 3400 unités taxonomiques opérationnelles au total) et des communautés taxonomiquement et fonctionnellement distinctes à travers un gradient de succession et de conditions édaphiques. Ces résultats ont aussi indiqué que toutes les zones des dunes, incluant la zone pionière, supportent des communautés fongiques diversifiées. Ensuite, le lien entre les communautés végétales et fongiques a été étudié à travers l’ensemble de la séquence dunaire. Ces résultats ont montré une augmentation claire de la richesse spécifique végétale, ainsi qu’une augmentation de la diversité des stratégies d’acquisition de nutriments (traits souterrains lié à la nutrition des plantes, soit mycorhizien à arbuscule, ectomycorhizien, mycorhizien éricoide, fixateur d’azote ou non spécialisé). J’ai aussi pu établir une forte corrélation entre les champignons du sol et la végétation, qui semblent tous deux réagir de façon similaire aux conditions physicochimiques du sol. Le pH du sol influençait fortement les communautés végétales et fongiques. Le lien observé entre les communautés végétales et fongiques met l’emphase sur l’importance des interactions biotiques positives au fil de la succession dans les environnements pauvres en nutriments. Finalement, j’ai comparé les communautés de champignons ectomycorhiziens associées aux principales espèces arborescentes dans les forêts dunaires. J’ai observé une richesse importante, avec un total de 200 unités taxonomiques opérationnelles ectomycorhiziennes, appartenant principalement aux Agaricomycètes. Une analyse de réseaux n’a pas permis de détecter de modules (c'est-à-dire des sous-groupes d’espèces en interaction), ce qui indique un faible niveau de spécificité des associations ectomycorhiziennes. De plus, je n’ai pas observé de différences en termes de richesse ou de structure des communautés entre les quatre espèces hôtes. En conclusion, j’ai pu observer à travers la succession dunaire des communautés diversifiées et des structures distinctes selon la zone de la dune, tant chez les champignons que chez les plantes. La succession semble toutefois moins marquée au niveau des communautés fongiques, par rapport aux patrons observés chez les plantes. Ces résultats ont alimenté une réflexion sur le potentiel et les perspectives, mais aussi sur les limitations des approches reposant sur le séquençage à haut-débit en écologie microbienne.

Bacterial community characterization of water and intestine of the shrimp Litopenaeus stylirostris in a biofloc system

Background Biofloc technology (BFT), a rearing method with little or no water exchange, is gaining popularity in aquaculture. In the water column, such systems develop conglomerates of microbes, algae and protozoa, together with detritus and dead organic particles. The intensive microbial community presents in these systems can be used as a pond water quality treatment system, and the microbial protein can serve as a feed additive. The current problem with BFT is the difficulty of controlling its bacterial community composition for both optimal water quality and optimal shrimp health. The main objective of the present study was to investigate microbial diversity of samples obtained from different culture environments (Biofloc technology and clear seawater) as well as from the intestines of shrimp reared in both environments through high-throughput sequencing technology. Results Analyses of the bacterial community identified in water from BFT and “clear seawater” (CW) systems (control) containing the shrimp Litopenaeus stylirostris revealed large differences in the frequency distribution of operational taxonomic units (OTUs). Four out of the five most dominant bacterial communities were different in both culture methods. Bacteria found in great abundance in BFT have two principal characteristics: the need for an organic substrate or nitrogen sources to grow and the capacity to attach to surfaces and co-aggregate. A correlation was found between bacteria groups and physicochemical and biological parameters measured in rearing tanks. Moreover, rearing-water bacterial communities influenced the microbiota of shrimp. Indeed, the biofloc environment modified the shrimp intestine microbiota, as the low level (27 %) of similarity between intestinal bacterial communities from the two treatments. Conclusion This study provides the first information describing the complex biofloc microbial community, which can help to understand the environment-microbiota-host relationship in this rearing system.

A Framework for Classification of Prokaryotic Protein Kinases

Background:Overwhelming majority of the Serine/Threonine protein kinases identified by gleaning archaeal and eubacterial genomes could not be classified into any of the well known Hanks and Hunter subfamilies of protein kinases. This is owing to the development of Hanks and Hunter classification scheme based on eukaryotic protein kinases which are highly divergent from their prokaryotic homologues. A large dataset of prokaryotic Serine/Threonine protein kinases recognized from genomes of prokaryotes have been used to develop a classification framework for prokaryotic Ser/Thr protein kinases. Methodology/Principal Findings: We have used traditional sequence alignment and phylogenetic approaches and clustered the prokaryotic kinases which represent 72 subfamilies with at least 4 members in each. Such a clustering enables classification of prokaryotic Ser/Thr kinases and it can be used as a framework to classify newly identified prokaryotic Ser/Thr kinases. After series of searches in a comprehensive sequence database we recognized that 38 subfamilies of prokaryotic protein kinases are associated to a specific taxonomic level. For example 4, 6 and 3 subfamilies have been identified that are currently specific to phylum proteobacteria, cyanobacteria and actinobacteria respectively. Similarly subfamilies which are specific to an order, sub-order, class, family and genus have also been identified. In addition to these, we also identify organism-diverse subfamilies. Members of these clusters are from organisms of different taxonomic levels, such as archaea, bacteria, eukaryotes and viruses.Conclusion/Significance: Interestingly, occurrence of several taxonomic level specific subfamilies of prokaryotic kinases contrasts with classification of eukaryotic protein kinases in which most of the popular subfamilies of eukaryotic protein kinases occur diversely in several eukaryotes. Many prokaryotic Ser/Thr kinases exhibit a wide variety of modular organization which indicates a degree of complexity and protein-protein interactions in the signaling pathways in these microbes.

Mining Unit Tests for Discovery and Migration of Math APIs

Today's programming languages are supported by powerful third-party APIs. For a given application domain, it is common to have many competing APIs that provide similar functionality. Programmer productivity therefore depends heavily on the programmer's ability to discover suitable APIs both during an initial coding phase, as well as during software maintenance. The aim of this work is to support the discovery and migration of math APIs. Math APIs are at the heart of many application domains ranging from machine learning to scientific computations. Our approach, called MATHFINDER, combines executable specifications of mathematical computations with unit tests (operational specifications) of API methods. Given a math expression, MATHFINDER synthesizes pseudo-code comprised of API methods to compute the expression by mining unit tests of the API methods. We present a sequential version of our unit test mining algorithm and also design a more scalable data-parallel version. We perform extensive evaluation of MATHFINDER (1) for API discovery, where math algorithms are to be implemented from scratch and (2) for API migration, where client programs utilizing a math API are to be migrated to another API. We evaluated the precision and recall of MATHFINDER on a diverse collection of math expressions, culled from algorithms used in a wide range of application areas such as control systems and structural dynamics. In a user study to evaluate the productivity gains obtained by using MATHFINDER for API discovery, the programmers who used MATHFINDER finished their programming tasks twice as fast as their counterparts who used the usual techniques like web and code search, IDE code completion, and manual inspection of library documentation. For the problem of API migration, as a case study, we used MATHFINDER to migrate Weka, a popular machine learning library. Overall, our evaluation shows that MATHFINDER is easy to use, provides highly precise results across several math APIs and application domains even with a small number of unit tests per method, and scales to large collections of unit tests.

Status survey of two Florida seaside sparrows and taxonomic review of the Seaside Sparrow assemblage

The original primary intent of this project was to determine the population status of two relatively obscure subspecies of Seaside Sparrows in Florida, the Smyrna Seaside Sparrow Cammodramus maritimus Eelonota) and the Wakulla Seaside Sparrow (Ammodramus maritimus juncicola) distinctiveness of these little known birds. As explained in the following section, a third and major objective appended to the project was to perform a taxonomic review of the entire Seaside Sparrow complex of nine subspecies. (170 page document)

Lyapunov's stability and operational margin of grid-connected photovoltaic modules

Analyses of photovoltaic power generation based on Lyapunov's theorems are presented. The characteristics of the photovoltaic module and the power conditioning unit are analyzed in order to establish energy functions that assess the stability of solutions and define safe regions of operation. Furthermore, it is shown that grid-connected photovoltaic modules driven at maximum power may become unstable under normal grid transients. In such cases, stability can be maintained by allowing an operational margin defined as the energy difference between the stable and the unstable solutions of the system. Simulations show that modules cope well with grid transients when a sufficiently large margin is used.

Cost savings from relaxation of operational constraints on a power system with high wind penetration

Wind energy is predominantly a nonsynchronous generation source. Large-scale integration of wind generation with existing electricity systems, therefore, presents challenges in maintaining system frequency stability and local voltage stability. Transmission system operators have implemented system operational constraints (SOCs) in order to maintain stability with high wind generation, but imposition of these constraints results in higher operating costs. A mixed integer programming tool was used to simulate generator dispatch in order to assess the impact of various SOCs on generation costs. Interleaved day-ahead scheduling and real-time dispatch models were developed to allow accurate representation of forced outages and wind forecast errors, and were applied to the proposed Irish power system of 2020 with a wind penetration of 32%. Savings of at least 7.8% in generation costs and reductions in wind curtailment of 50% were identified when the most influential SOCs were relaxed. The results also illustrate the need to relax local SOCs together with the system-wide nonsynchronous penetration limit SOC, as savings from increasing the nonsynchronous limit beyond 70% were restricted without relaxation of local SOCs. The methodology and results allow for quantification of the costs of SOCs, allowing the optimal upgrade path for generation and transmission infrastructure to be determined.

Is the Species Flock Concept Operational? The Antarctic Shelf Case

There has been a significant body of literature on species flock definition but not so much about practical means to appraise them. We here apply the five criteria of Eastman and McCune for detecting species flocks in four taxonomic components of the benthic fauna of the Antarctic shelf: teleost fishes, crinoids (feather stars), echinoids (sea urchins) and crustacean arthropods. Practical limitations led us to prioritize the three historical criteria (endemicity, monophyly, species richness) over the two ecological ones (ecological diversity and habitat dominance). We propose a new protocol which includes an iterative fine-tuning of the monophyly and endemicity criteria in order to discover unsuspected flocks. As a result nine « full » species flocks (fulfilling the five criteria) are briefly described. Eight other flocks fit the three historical criteria but need to be further investigated from the ecological point of view (here called « core flocks »). The approach also shows that some candidate taxonomic components are no species flocks at all. The present study contradicts the paradigm that marine species flocks are rare. The hypothesis according to which the Antarctic shelf acts as a species flocks generator is supported, and the approach indicates paths for further ecological studies and may serve as a starting point to investigate the processes leading to flock-like patterning of biodiversity. © 2013 Lecointre et al.

Impact of a price-maker pumped storage hydro unit on the integration of wind energy in power systems

The increasing integration of larger amounts of wind energy into power systems raises important operational issues, such as the balance between power generation and demand. The pumped storage hydro (PSH) units are one possible solution to mitigate this problem, once they can store the excess of energy in the periods of higher generation and lower demand. However, the behaviour of a PSH unit may differ considerably from the expected in terms of wind power integration when it operates in a liberalized electricity market under a price-maker context. In this regard, this paper models and computes the optimal PSH weekly scheduling in a price-taker and price-maker scenarios, either when the PSH unit operates in standalone and integrated in a portfolio of other generation assets. Results show that the price-maker standalone PSH will integrate less wind power in comparison with the price-taker situation. Moreover, when the PSH unit is integrated in a portfolio with a base load power plant, the role of the price elasticity of demand may completely change the operational profile of the PSH unit. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Modifications post-traductionnelles des canaux calciques cardiaques de type L : identification des résidus asparagine qui participent à la glycosylation de la sous-unité auxiliaire CaVα2δ1

Les canaux calciques de type L CaV1.2 sont principalement responsables de l’entrée des ions calcium pendant la phase plateau du potentiel d’action des cardiomyocytes ventriculaires. Cet influx calcique est requis pour initier la contraction du muscle cardiaque. Le canal CaV1.2 est un complexe oligomérique qui est composé de la sous-unité principale CaVα1 et des sous-unités auxiliaires CaVβ et CaVα2δ1. CaVβ joue un rôle déterminant dans l’adressage membranaire de la sous-unité CaVα1. CaVα2δ1 stabilise l’état ouvert du canal mais le mécanisme moléculaire responsable de cette modulation n’a pas été encore identifié. Nous avons récemment montré que cette modulation requiert une expression membranaire significative de CaVα2δ1 (Bourdin et al. 2015). CaVα2δ1 est une glycoprotéine qui possède 16 sites potentiels de glycosylation de type N. Nous avons donc évalué le rôle de la glycosylation de type-N dans l’adressage membranaire et la stabilité de CaVα2δ1. Nous avons d’abord confirmé que la protéine CaVα2δ1 recombinante, telle la protéine endogène, est significativement glycosylée puisque le traitement à la PNGase F se traduit par une diminution de 50 kDa de sa masse moléculaire, ce qui est compatible avec la présence de 16 sites Asn. Il s’est avéré par ailleurs que la mutation simultanée de 6/16 sites (6xNQ) est suffisante pour 1) réduire significativement la densité de surface de! CaVα2δ1 telle que mesurée par cytométrie en flux et par imagerie confocale 2) accélérer les cinétiques de dégradation telle qu’estimée après arrêt de la synthèse protéique et 3) diminuer la modulation fonctionnelle des courants générés par CaV1.2 telle qu’évaluée par la méthode du « patch-clamp ». Les effets les plus importants ont toutefois été obtenus avec les mutants N663Q, et les doubles mutants N348Q/N468Q, N348Q/N812Q, N468Q/N812Q. Ensemble, ces résultats montrent que Asn663 et à un moindre degré Asn348, Asn468 et Asn812 contribuent à la biogenèse et la stabilité de CaVα2δ1 et confirment que la glycosylation de type N de CaVα2δ1 est nécessaire à la fonction du canal calcique cardiaque de type L.

Temperature trends derived from Stratospheric Sounding Unit radiances: the effect of increasing CO2 on the weighting function

Stratospheric Sounding Units (SSU) on the NOAA operational satellites have been the main source of near global temperature trend data above the lower stratosphere. They have been used extensively for comparison with model-derived trends. The SSU senses in the 15 micron band of CO2 and hence the weighting function is sensitive to changes in CO2 concentrations. The impact of this change in weighting function has been ignored in all recent trend analyses. We show that the apparent trends in global mean brightness temperature due to the change in weighting function vary from about -0.4 K/decade to 0.4 K/decade depending on the altitude sensed by the different SSU channels. For some channels, this apparent trend is of a similar size to the trend deduced from SSU data but ignoring the change in weighting function. In the mid-stratosphere, the revised trends are now significantly more negative and in better agreement with model-calculated trends.

The potential of 1 h refractivity changes from an operational C-band magnetron-based radar for numerical weather prediction validation and data assimilation

Refractivity changes (ΔN) derived from radar ground clutter returns serve as a proxy for near-surface humidity changes (1 N unit ≡ 1% relative humidity at 20 °C). Previous studies have indicated that better humidity observations should improve forecasts of convection initiation. A preliminary assessment of the potential of refractivity retrievals from an operational magnetron-based C-band radar is presented. The increased phase noise at shorter wavelengths, exacerbated by the unknown position of the target within the 300 m gate, make it difficult to obtain absolute refractivity values, so we consider the information in 1 h changes. These have been derived to a range of 30 km with a spatial resolution of ∼4 km; the consistency of the individual estimates (within each 4 km × 4 km area) indicates that ΔN errors are about 1 N unit, in agreement with in situ observations. Measurements from an instrumented tower on summer days show that the 1 h refractivity changes up to a height of 100 m remain well correlated with near-surface values. The analysis of refractivity as represented in the operational Met Office Unified Model at 1.5, 4 and 12 km grid lengths demonstrates that, as model resolution increases, the spatial scales of the refractivity structures improve. It is shown that the magnitude of refractivity changes is progressively underestimated at larger grid lengths during summer. However, the daily time series of 1 h refractivity changes reveal that, whereas the radar-derived values are very well correlated with the in situ observations, the high-resolution model runs have little skill in getting the right values of ΔN in the right place at the right time. This suggests that the assimilation of these radar refractivity observations could benefit forecasts of the initiation of convection.