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.

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.

The Microbiome of Brazilian Mangrove Sediments as Revealed by Metagenomics

Here we embark in a deep metagenomic survey that revealed the taxonomic and potential metabolic pathways aspects of mangrove sediment microbiology. The extraction of DNA from sediment samples and the direct application of pyrosequencing resulted in approximately 215 Mb of data from four distinct mangrove areas (BrMgv01 to 04) in Brazil. The taxonomic approaches applied revealed the dominance of Deltaproteobacteria and Gammaproteobacteria in the samples. Paired statistical analysis showed higher proportions of specific taxonomic groups in each dataset. The metabolic reconstruction indicated the possible occurrence of processes modulated by the prevailing conditions found in mangrove sediments. In terms of carbon cycling, the sequences indicated the prevalence of genes involved in the metabolism of methane, formaldehyde, and carbon dioxide. With respect to the nitrogen cycle, evidence for sequences associated with dissimilatory reduction of nitrate, nitrogen immobilization, and denitrification was detected. Sequences related to the production of adenylsulfate, sulfite, and H2S were relevant to the sulphur cycle. These data indicate that the microbial core involved in methane, nitrogen, and sulphur metabolism consists mainly of Burkholderiaceae, Planctomycetaceae, Rhodobacteraceae, and Desulfobacteraceae. Comparison of our data to datasets from soil and sea samples resulted in the allotment of the mangrove sediments between those samples. The results of this study add valuable data about the composition of microbial communities in mangroves and also shed light on possible transformations promoted by microbial organisms in mangrove sediments.

Bacterial communities of the specialty crop phyllosphere: response to biological soil amendment use, rainfall, and insect visitation

Microorganisms in the plant rhizosphere, the zone under the influence of roots, and phyllosphere, the aboveground plant habitat, exert a strong influence on plant growth, health, and protection. Tomatoes and cucumbers are important players in produce safety, and the microbial life on their surfaces may contribute to their fitness as hosts for foodborne pathogens such as Salmonella enterica and Listeria monocytogenes. External factors such as agricultural inputs and environmental conditions likely also play a major role. However, the relative contributions of the various factors at play concerning the plant surface microbiome remain obscure, although this knowledge could be applied to crop protection from plant and human pathogens. Recent advances in genomic technology have made investigations into the diversity and structure of microbial communities possible in many systems and at multiple scales. Using Illumina sequencing to profile particular regions of the 16S rRNA gene, this study investigates the influences of climate and crop management practices on the field-grown tomato and cucumber microbiome. The first research chapter (Chapter 3) involved application of 4 different soil amendments to a tomato field and profiling of harvest-time phyllosphere and rhizosphere microbial communities. Factors such as water activity, soil texture, and field location influenced microbial community structure more than soil amendment use, indicating that field conditions may exert more influence on the tomato microbiome than certain agricultural inputs. In Chapter 4, the impact of rain on tomato and cucumber-associated microbial community structures was evaluated. Shifts in bacterial community composition and structure were recorded immediately following rain events, an effect which was partially reversed after 4 days and was strongest on cucumber fruit surfaces. Chapter 5 focused on the contribution of insect visitors to the tomato microbiota, finding that insects introduced diverse bacterial taxa to the blossom and green tomato fruit microbiome. This study advances our understanding of the factors that influence the microbiomes of tomato and cucumber. Farms are complex environments, and untangling the interactions between farming practices, the environment, and microbial diversity will help us develop a comprehensive understanding of how microbial life, including foodborne pathogens, may be influenced by agricultural conditions.

Raman spectroscopy of some complex arsenate minerals—implications for soil remediation

The application of spectroscopy to the study of contaminants in soils is important. Among the many contaminants is arsenic, which is highly labile and may leach to non-contaminated areas. Minerals of arsenate may form depending upon the availability of specific cations for example calcium and iron. Such minerals include carminite, pharmacosiderite and talmessite. Each of these arsenate minerals can be identified by its characteristic Raman spectrum enabling identification.

Zeolite from alkali modified kaolin increases NH4+ retention by sandy soil : column experiments

Sandy soils have low water and nutrient retention capabilities so that zeolite soil amendments are used for high value land uses including turf and horticulture to reduce leaching losses of NH4+ fertilisers. MesoLite is a zeolitic material made by caustic treatment of kaolin at 80-95oC. It has a moderately low surface area (9-12m2/g) and very high cation exchange capacity (494 cmol(+)/kg). Laboratory column experiments showed that an addition of 0.4% MesoLite to a sandy soil greatly (90%) reduced leaching of added NH4+ compared to an unamended soil and MesoLite is 11 times more efficient in retaining NH4+ than natural zeolite. Furthermore, NH4+-MesoLite slowly releases NH4+ to soil solution and is likely to be an effective slow release fertiliser.

Behaviour of an in-service cast iron water reticulation pipe buried in expansive soil

This paper presents the measurements of strain and the subsequent stress analysis on an in-service cast iron water main buried in reactive soil. The results indicate that the pipe crown experienced predominantly tensile stresses during drying in summer and, subsequently, these stresses reduce, eventually leading to compressive stresses as the soil swells with increase in moisture content with the approach of winter. It is also evident that flexural movement caused by thermal stresses and soil pressure has led to downward bending of the pipe in summer and subsequent upward movement in winter. The limited data collected from pipe strains and strengths indicate that it is possible for pipe capacity to be exceeded by thermal and soil stresses leading to pipe failure, provided the pipe has undergone significant corrosion.