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Selon la latitude, la glace recouvre les lacs de façon pérenne ou plusieurs mois par année, les isolant de l’atmosphère. Les conditions spécifiques à la glace comme le froid, l’oligotrophie et l’exposition aux rayons UV impliquent des adaptations uniques de la vie microbienne locale. Ainsi, la cryosphère est un point chaud de l’évolution microbienne et les changements climatiques ont pour conséquence de perturber la stabilité de ces habitats et de menacer les organismes qui y habitent. Par exemple, en Arctique, on constate une diminution de l’épaisseur et de l’étendue de la glace qui disparaît parfois entièrement en été. Cette nouvelle réalité devrait rapprocher fonctionnellement les lacs arctiques des lacs boréaux et il est possible que les adaptations uniques permettant aux organismes de se développer dans les glaces pérennes disparaissent avec ces dernières. Nous pourrions alors assister à une homogénéisation des communautés microbiennes et de leurs gènes particuliers.
L’objectif principal du présent projet est de caractériser, grâce à des outils métagénomiques et bioinformatiques, les gènes microbiens qui permettent à leurs porteurs de se développer dans les conditions extrêmes de la glace de lac, le long d’un gradient de glace saisonnière à pérenne, afin de comprendre comment ils répondront aux changements climatiques. Les sous-objectifs du projet sont 1. la détection et l’identification des gènes microbiens d’adaptation psychrophiles et 2. la quantification de l’expression différentielle de ces gènes selon la latitude et le type de couvert de glace (saisonnier à pérenne). Notre hypothèse est que les fonctions adaptatives seront différentes et davantage exprimées dans les lacs dont la couverte de glace pérenne persiste toujours.
Pour ce faire, nous allons récolter de la glace de lacs arctiques et d’un lac boréal, formant un contraste dans la persistance de la glace, d’annuelle à saisonnière: les lacs Ward Hunt (82°39’N), Char (74°42’N), Meretta (74°41’N) et Simoncouche (48°13’N). Les lacs Char et Meretta sont respectivement oligotrophe et eutrophe, ce qui nous offrira un contraste intéressant dans les conditions auxquelles les microorganismes doivent faire face en termes de nutriments.
L’ADN et l’ARN microbien seront extraits de filtres Sterivex. L’ADN sera préparé en librairies, puis séquencé par la méthode métagénomique shotgun d’Illumina. Les séquences microbiennes seront trimées, nettoyées et réassemblées en génomes. Ensuite, des gènes candidats seront identifiés à partir de la littérature, en ciblant des fonctions adaptatives reliées au froid, à l’oligotrophie, aux radiations UV, etc. que nous tenterons d’identifier dans nos échantillons par modèles de Markov caché. Pour ces gènes candidats identifiés dans nos métagénomes, nous quantifierons leur expression par réaction PCR quantitative dans l’ARN extrait. Ainsi, nous comparerons la présence et l’absence de certains gènes d’adaptation en fonction des glaces annuelles et saisonnières et mesurerons leur expression pour identifier les particularités de chaque environnement.
Ce projet nous permettra de mieux comprendre ce qui distingue fonctionnellement les microorganismes de la glace de lacs annuelle et saisonnière, et éventuellement de mieux prédire la direction fonctionnelle que pourront prendre les communautés des glaces durables lorsqu’elles deviendront saisonnières. Notre hypothèse est que les fonctions adaptatives (froid, oligotrophie, rayons UV, etc.) seront différentes et davantage exprimées dans les lacs dont la couverte de glace pérenne persiste toujours.