Characterization of bacterial diversity in three oligotrophic environments using high-throughput sequencing technology

par Shu An

Thèse de doctorat en Microbiologie

Sous la direction de Michael Dubow.

Le jury était composé de Denis Faure, David Lane, Monique Bolotin-Fukuhara, Olivier Tenaillon.

Les rapporteurs étaient Denis Faure, David Lane.

  • Titre traduit

    Caractérisation de la diversité bactérienne dans trois environnements oligotrophes en utilisant la technologie de séquençage à haut débit.


  • Résumé

    Les milieux oligotrophes sont pauvres en éléments nutritifs. En utilisant la technologie de séquençage à haut débit, on a étudié la diversité bactérienne dans trois environnements oligotrophes différents, y compris A. sâbles du désert, B. sâbles dans les tempêtes de l'Asie et C. l’eau et biofilms dans les réseaux de distribution d'eau potable.A. Le désert représente 30% de la surface de la terre. Les conditions de vie dans ces environnements sont un réel défi pour les micro-organismes à cause de nombreux facteurs limitants : peu d’eau et/ou de carbone disponible, une variation importante de température et une forte exposition aux irradiations UV. Le but de cette recherche est donc d’étudier la diversité bactérienne à la surface du sable du désert Taklemaken et du désert de Gobi en utilisant la technologie de séquençage à haut débit. Nos résultats ont révélé une grande diversité bactérienne dans le sol du désert comparable à d'autres types de sols. En outre, nous avons observé une corrélation positive entre la richesse bactérienne et le rapport C/N du sol.B. Les tempêtes de sable d'Asie se produisent presque toujours au printemps, elles sont générées dans les régions arides d'Asie telles que le désert Taklamaken et le désert de Gobi. L'arrivée des tempêtes de sable pourrait largement modifier l'environnement de l'air dans ces régions sous l’effet du vent, surtout dans les villes asiatiques qui sont le plus souvent touchées. Nos travaux visent à étudier la modification de la composition et la diversité des bactéries associées aux particules au moment de tempête de sable en Asie par la technologie de séquençage à haut débit. Nos résultats ont démontré que les compositions des bactéries associées aux particules sont modifiées pendant les tempêtes, en particulier, la proportion des Proteobacteria qui augmentent les jours de tempête. Nous avons signalé neuf genres bactériens détectés en plus pendant les jours de tempêtes, cela nécessite des études plus approfondies.C. Après avoir analysé la population bactérienne dans les tempêtes de sable, et celles des déserts, nous poursuivons notre objectif de recherche à un environnement aquatique. Nous avons suivi le flux d'eau provenant de l'usine d'Orly (DW-A) à l'entrée du réservoir (DW-B), et à la sortie du réservoir (DW-C). Nous avons constaté une forte variation de la communauté bactérienne, dans DW-A et DW-B, les bactéries prédominantes appartiennent aux populations des Betaproteobacteria, puis nous avons observé une conversion vers la population de Alphaproteobacteria dans DW-C. Le DW-C a montré une forte similitude avec un échantillon de biofilm (BF-C), ce qui suggère l'effet important du biofilm sur la modification des communautés bactériennes dans l'eau lors de la distribution.


  • Résumé

    Oligotrophic ecosystems can be loosely defined as environments that exhibit low ambient nutrient levels. During my thesis, I used 454 DNA pyrosequencing of partial 16S rDNA to explore the bacterial diversity in three different oligotrophic environments, including A. surface desert soil, B. Asian sandstorm dust and C. a section of the city of Paris’s drinking water distribution system.A. Arid regions represent nearly 30% of the Earth’s terrestrial surface. The living conditions at the surface of deserts are a challenge for microorganisms, as there is little available water and/or carbon, a very large range of temperatures and high exposure to UV irradiation from the Sun. In surface sand samples from two large Asian deserts, unexpectedly large bacterial diversity residing was revealed. Sequences belonging to the Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidetes and Actinobacteria phyla were the most abundant. An increase in phylotype numbers with increasing C/N ratio was noted, suggesting a possible role in the bacterial richness of these desert sand environments.B. Desert sandstorms are a meteorological phenomenon which have been postulated affect the Earth's climate and public health. We examined the particle-associated (dust and sand-associated) bacterial populations of atmospheric sand in the absence (as control) and presence of sandstorms in five Asian cities. Greater than 90% of the sequences can be classified as representing bacteria belonging to four phyla: Proteobacteria, Bacteriodetes, Actinobacteria and Firmicutes. Principal component analyses showed that the sandstorm-associated bacterial populations were clustered by sampling year, rather than location. Members belonging to nine bacterial genera (Massilia, Planococcus, Carnobacterium, Planomicrobium, Pontibacter, Pedobacter, Lysobacter, Sanguibacter, Ohtaekwangia) were observed to increase in sand-associated samples from sandstorms, versus the controls. C. We characterized the bacterial communities in three water and three biofilm samples from one part of the Parisian drinking water distribution system. A dramatic change in bacterial population in the water during flow through the distribution system from the water treatment plant to the exit from the reservoir was found. The richness of the bacterial population was reduced from the water treatment plant to the reservoir (from 336 to 165 OTUs for water samples leaving the reservoir and from 947 to 275 for biofilm samples in the network). Several OTUs belonging to pathogenic genera were detected in our samples, mostly in the biofilm samples, thus suggesting that the biofilms may be an important source of bacteria during water distribution to the consumers.


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