Diversité et dynamique des communautés de protistes dans le haut Arctique canadien

• Main Author: Charvet, Sophie
• Other Authors: Lovejoy, Connie, Vincent, Warwick F.
• Format: Thesis
• Language: French
• Published: Université Laval 2013
• Subjects: Biologie; Arctic; Ellesmere Island; Les Trois Lacs; Retour; Arctique*; Climate change
• Online Access: http://www.theses.ulaval.ca/2013/30036/30036.pdf

Le paysage arctique est un mélange d’étendues désertiques, fouettées par les vents, et d’une grande diversité d’écosystèmes aquatiques. Confronté à des augmentations de température nettement supérieures à la moyenne globale qui modifient les propriétés de ces paysages, l’Arctique est un site d’étude stratégique pour suivre les impacts des changements climatiques sur les communautés microbiennes endogènes. Caractéristique importante des écosystèmes arctiques, la cryosphère commence déjà à atteindre des seuils de non-retour le long de la côte nord de l’île d’Ellesmere. Dans les lacs, la combinaison naturelle des basses températures, de la variabilité de l’irradiance et de la faible teneur en nutriments inorganiques limite la production primaire et la croissance de nombreux organismes. La richesse des microorganismes dans ces systèmes est le résultat d’une diversité de stratégies adaptatives et nutritives. Ainsi, les changements observés dans les couverts de glace auront des impacts sur l’activité biologique de ces lacs. Contribuant à celle-ci, les protistes, eucaryotes unicellulaires microscopiques, exploitent une large gamme des ressources de carbone et d’énergie, incluant la phototrophie, la prédation et la combinaison des deux, la mixotrophie. Cette thèse cherche à déterminer la contribution des mixotrophes à la structure des communautés de protistes dans les lacs arctiques, et à développer la connaissance sur leurs réponses potentielles aux conditions environnementales changeantes. Le lac Char, le lac A et le lac Ward Hunt ont été sélectionnés pour leurs propriétés limnologiques distinctes et pour investiguer la biodiversité de leurs communautés de protistes en Aout 2008. La microscopie, les pigments et les banques de clones du gène de l'ARN de la petite sous-unité ribosomale 18S indiquent la dominance des chrysophytes, des protistes principalement mixotrophes, dans les trois lacs. Pour le lac A, l’été 2008 était marqué par la perte d’un couvert de glace permanent, créant des conditions d’eau libre inhabituelles. Le séquençage à haut-débit de la région V4 du gène 18S ARNr révèle le contraste entre les communautés homogènes dans la colonne d’eau marquée d’une stratification méromictique sous le couvert de glace en mai 2008 et les variabilités spatiales établies en août 2008 dans la colonne d’eau libre de glace ainsi qu’en Juillet 2009 sous un couvert de glace normal. Ces résultats illustrent l’importance qu’ont les facteurs environnementaux, tel que l’irradiance, sur les communautés de protistes. Pour examiner plus attentivement le rôle de la lumière et investiguer l’impact de la disponibilité des proies, nous avons entrepris une expérience de lumière/dilution au lac Ward Hunt. Le pyroséquençage de la région V4 de l’ARN ribosomal ainsi que son gène révèlent des différences taxonomiques entre les deux traitements d’irradiance, suggérant une divergence du type de mixotrophie entre une dominance de dinoflagellés essentiellement brouteurs à faible irradiance et de chrysophytes bactérivores sous une forte lumière. Cette thèse révèle la diversité des protistes et leur variation saisonnière au sein des lacs arctiques, et offre un aperçu de l’importance des conditions environnementales sur la stratégie mixotrophe adoptée par les communautés de protistes. The Arctic region is a blend of stark windswept landscapes interwoven with a wide diversity of freshwater ecosystems. Presently confronted by temperature increases well above global average, causing changes in landscape and aquatic properties, the Arctic is a strategic area to study the impact of climate change on endogenous microbial communities. Ice is a crucial characteristic of Arctic ecosystems and has already begun to cross thresholds along the northern coastline of Ellesmere Island. In lakes, the effects of cold temperatures, variable irradiance and low inorganic nutrients combine to restrict primary production and growth of most organisms. The established richness of microorganisms present in these systems is due to the high diversity of their adaptive and nutritive strategies. Hence, the observed shifts in ice cover regimes of lakes will have impacts on their biological activity. Of these microbial components, the protists, unicellular eukaryotes, exploit a wide range of carbon and energy resources from phototrophy to predation and the combination of both, mixotrophy. The subject of this research was to determine the contribution of mixotrophs to protist community structure in Arctic lakes, and to develop knowledge of their potential response to the changing environmental conditions. Char Lake, Lake A and Ward Hunt Lake, three limnologically different lakes, were chosen to investigate the biodiversity of protists in August 2008. Microscopy, pigments and 18S gene clone libraries revealed a dominance of each lake by chrysophytes, prominent mixotrophic protists. At Lake A, the summer of 2008 was marked by a loss of ice-cover, creating atypical open-water conditions. High-throughput sequencing of the V4 region of the 18S ribosomal RNA gene revealed the contrast between the homogenous community structure within the ice-covered water column of May 2008, despite the sharp physico-chemical meromictic stratification within the lake, and the established spatial variability of the protist communities under the ice-free conditions of August 2008 and ice-covered conditions of July 2009. These results illustrate the importance of varying environmental factors, such as underwater irradiance, in shaping protist communities. To further examine the role of light and to investigate the impact of low prey resources, we conducted a light/dilution experiment at Ward Hunt Lake. Pyrosequencing of the V4 region of the 18S ribosomal RNA, along with the gene, showed taxonomic differences under the two light conditions, suggesting a divergence in the dominant type of mixotrophy, with dominance of primarily microflagellate grazers, the dinoflagellates, under low irradiance, and of bacterivorus chrysophytes in the high light treatment. This thesis research underscored the diversity of mixotrophs and their seasonal variations in Arctic lakes, and provided insights into the importance of environmental conditions on the mixotrophic strategy adopted by protist communities.