La diversité bactérienne dans les sols de surface de San Rafael Swell (Utah, USA) et le Desert de Maine (USA)

par Yang Wang

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Michael Dubow.

Le président du jury était Armel Guyonvarch.

Le jury était composé de Michael Dubow, Armel Guyonvarch, Marie-Claire Lett, Corinne Cassier-Chauvat, Olivier C. Martin.

Les rapporteurs étaient Marie-Claire Lett, Corinne Cassier-Chauvat.


  • Résumé

    Les zones arides couvrent environ un tiers de la surface terrestre de la planète. Des études visant à comprendre la dispersion microbienne dans les déserts ont été réalisées. En effet, les communautés microbiennes du sable des déserts peuvent jouer un rôle important dans la stabilité des sols. Le pyroséquençage pour les ARNr 16S à partir de l’ADN total extrait des sols des échantillons de sable peut donner des renseignements clés sur la structure des communautés bactériennes qui les composent. Dans cette étude, la diversité et la structure des communautés bactériennes de la surface du sol des déserts des l'États de l'Utah et du Maine ont été mises en évidence. Nous avons mise en œuvre une procédure permettant l'analyse des séquences de l’ADNr 16S en combinant des outils préexistants dédiés à la métagénomique. Ainsi, des corrélations entre certains facteurs environnementaux et la diversité bactérienne dans les deux déserts, ont pu être établis.Le désert du Maine situé dans le nord-est Etats-Unis est une étendue de boue glaciaire, entourée par une forêt de pins. Le sol de ce désert possède les caractéristiques d’on sable avec de très faibles capacités de rétention d'eau, d’une rétention des éléments nutritifs, ainsi qu’une valeur de pH relativement faible (pH 5,09). Les échantillons provenant de ce site présentent donc des propriétés particulièrement intéressantes à étudier en lieu avec la diversité bactérienne. Deux échantillons de sable de la surface du désert du Maine ont été obtenus, et le pyroséquençage des gènes d'ADNr 16S obtenus après amplification par PCR à partir de l'ADN total extrait a été utilisé pour évaluer la diversité bactérienne, la structure de la communauté bactérienne et l'abondance relative des principaux taxons. Nous avons observé que les échantillons de sol provenant du désert du Maine présentent une diversité bactérienne singulière, avec une prédominance de Proteobacteria et Actinobacteria. Les bactéries du genre le plus abondant, Acidiphilium, représentent 12,5% du total des séquences d'ADNr 16S. Au total, 1 394 OTU ont été comptabilisées. En comparant les résultats de notre population bactérienne avec des études portant sur des sols avec caractéristiques similaires, nous avons constaté que les échantillons du Maine contiennent une faible diversité du phylum Acidobacteria que les sols acides des certains forêts, et moins de Firmicutes ainsi que plus de Proteobacteria que les sols des déserts oligotrophes.Le Désert de l'Utah présente des caractéristiques géographiques qui ressemblent à Mars. En effet il est caractérisé par la présence de collines de couleur rouge et de sols constitués de grès. Les sites d'échantillonnage couvrent le Gobblin Valley State Park et autour, notamment sur le plateau du Colorado. Avec des approches similaires à ceux utilisés pour le désert du Maine, des corrélations entre facteurs environnementaux (paramètres physico-chimiques) et diversité de structure des communautés bactériennes obtenus, ont été étudiés. Les phylums prédominants sont les Proteobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes et Gemmatimonadetes. Les genres les plus abondants dans nos échantillons sont Cesiribacter, Lysobacter, Adhaeribacter, Microvirga et Pontibacter. Mais de façon notable, il semble que l'abondance relative des Alphaproteobacteria et des Gemmatimonadetes est significativement corrélée aux certains facteurs environnementaux des sols, par exemple de pH et des concentration des matières organiques.

  • Titre traduit

    The bacterial communities of sand-like surface soils of the San Rafael Swell (Utah, USA) and the Desert of Maine (USA)


  • Résumé

    Aridity is the dominant climatic factor over approximately 30% of the land surface of the world. Research concerning microbial populations in two U.S. deserts has been performed to determine the diversity of these bacteria. Pyrosequencing-based profiling of 16S rRNA amplicons from surface soils of sand samples can provide key insights into the structure of bacterial communities and their diversity. In this study, we demonstrated the bacterial diversity and community structures of surface soil in the Corolado Plateau in the Utah State and the Desert of Maine using pyrosequencing of 16S rRNA amplicons. We built our pipeline for the analysis of 16S rRNA pyrosequencing data by combining several existing tools of metagenomics. We also examined correlations between certain environmental factors and bacterial diversity in the two deserts.The Desert of Maine is a tract of glacial silt, surrounded by a pine forest, in the state of Maine located in the northeastern USA. The soil of the Desert of Maine has a sandy texture with poor water holding abilities, nutrient retention capabilities and a relatively low pH value (pH 5.09). Samples from this site thus present an interesting place to examine the bacterial diversity in mineral sandy loam soils with an acidic pH and low concentrations of organic materials. Two surface sand samples from the Desert of Maine were obtained, and pyrosequencing of PCR amplified 16S rDNA genes from total extracted DNA was used to assess bacterial diversity, community structure and the relative abundance of major bacterial taxa. We found that the soil samples from the Desert of Maine showed high levels of bacterial diversity, with a predominance of members belonging to the Proteobacteria and Actinobacteria phyla. Bacteria from the most abundant genus, Acidiphilium, represent 12.5% of the total 16S rDNA sequences. In total, 1394 OTUs were observed in the two samples, with the number of common OTUs observed in both samples being 668. By comparing our bacterial population results with studies on related soil environments, we found that the samples contained less Acidobacteria than soils from acid soil forests, and less Firmicutes plus more Proteobacteria than soils from oligotrophic deserts.Deserts in Utah has geographic features that resemble Mars, characterized by red-colored hills, soils and sandstones. Our sample sites cover the Goblin Valley State Park and nearby regions on the Colorado Plateau. We also examined physicochemical parameters of soil from the sample sites to investigate correlations between bacterial community structure and environmental drivers. The predominant phyla of the samples represent members of the Proteobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, and Gemmatimonadetes. The most abundant genera in our samples are Cesiribacter, Lysobacter, Adhaeribacter, Microvirga and Pontibacter. We found that the relative abundance of Alphaproteobacteria and Gemmatimonadetes are significantly correlated to some environmental factors of soils, such as pH and concentration of organic matters.


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