Interactions hôte-virus à travers d’un gradient de pH du sol à l'échelle communautaire et individuelle - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2020

Virus-host interactions across a soil pH gradient at the community and individual scale

Interactions hôte-virus à travers d’un gradient de pH du sol à l'échelle communautaire et individuelle

Sungeun Lee

Abstract

Soil viruses have potential to influence microbial community structure and subsequent ecosystem functioning by directly affecting the abundance of host cells by lysis and through their ability to transfer genes between hosts. Although our understanding of soil viral diversity and functioning has increased, the role of viruses and their interactions with prokaryotes in soil is limited. To gain a better understanding of virus-host interactions in soil, a long-term pH-manipulated soil gradient, which microbial community structure changes across, was investigated. The main objectives of this thesis were to 1) determine the influence of microbial community structure and soil pH on viruses using metagenomics and viromics (Chapter II), 2) determine the infectivity of soil viral populations from co-localized and foreign pH soil niches using a plaque assay approach combined with hybrid metagenomics sequencing (Chapter III) and 3) identify virus populations infecting specific soil microbial functional groups, specifically methanotrophs (Chapter IV) and nitrifiers (Chapter V), using DNA stable isotope probing combined with metagenomic deep sequencing. Viral community structure was found to change with soil pH, demonstrating that viral communities are tightly linked to host populations, but also may have narrow host ranges. Analysis of clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) arrays revealed dynamic virus-host interactions, with the number and size of CRISPR arrays distinct across contrasting pH soil. Profiling of the host-virus linkages between soil pH, suggests that viruses play a critical role in shaping the composition and function of the soil prokaryotic community. Surprisingly, greater infectivity of a host bacterium by virus populations was found when viruses and host bacterium were not co-localized in the same pH soil. Coevolutionary processes between the host and virus populations, such as restriction modification/virus-encoded methyltransferase and CRISPR-Cas system/spacer mutation, provide evidence for local adaptation, and that virus-bacterial host interactions play an integral part in the susceptibility of a host to infection and consequently in the regulation of soil bacterial populations. Targeting specific microbial functional groups via stable isotope probing allowed analysis of individual host-virus populations. Tracking carbon flow through prokaryotic and viral populations revealed active interactions between viruses and methanotroph and nitrifier hosts, and soil pH niche preferences. Evidence of horizontal gene transfer and virus-encoded auxiliary metabolic genes, such as glycoside hydrolase families, peptidases, particulate methane monooxygenase subunit C (pmoC), nitrogenase (nifH) and cytochrome cd1-nitrite reductase, supports that viruses are significant contributors to host functioning and carbon and nitrogen cycling in soil. Overall, this work demonstrated that soil viruses are important regulators of microbial communities through specific host lysis and dynamic virus-host interactions.
Les virus du sol sont capables d'influencer la structure de la communauté microbienne et le fonctionnement de l'écosystème en affectant l'abondance des cellules hôtes par lyse et par leurs caractéristiques à transférer des gènes entre les hôtes. Bien que notre compréhension sur la diversité et la fonction virales s’améliore, la connaissance des interactions hôte-virus dans le sol reste limitée. Pour mieux comprendre les interactions hôte-virus, un gradient du sol à long terme manipulé par le pH dans lequel la communauté microbienne change à travers, a été étudié. Les principaux objectifs de cette thèse ont consisté à (1) déterminer l'influence de la structure de la communauté microbienne et du pH du soil sur les virus par séquençage d’ADN haut-débit (Chapitre II), (2) déterminer l’infectivité des populations virales à partir de niches de sol co-localisées et non co-localisées avec son hôte grâce à une approche de l’essai de plaque combinée à un séquençage hybride (Chapitre III), (3) identifier les populations virales infectant des groupes fonctionnels microbiens spécifiques du sol, en particulier les méthanotrophes (Chapitre IV) et les nitrifiants (Chapitre V ), à l’aide d’une sonde isotopique stable à l'ADN. Nos premiers résultats ont montré que la structure de la communauté virale change selon le pH du sol, ce qui souligne que la communauté virale est étroitement liée aux populations hôtes. L’analyse de CRISPR systèmes a révélé des interactions virus-hôte dynamiques, avec le nombre et la taille des CRISPR systèmes distincts selon le soil à pH contrasté. L’analyse taxonomique de cette CRISPR systèmes suggère que les virus jouent un rôle essentiel dans la composition et de la fonction de la communauté procaryote du sol. Les processus co-évolutionnaires entre l'hôte (le système de restriction-modification et le CRISPR-Cas système) et les populations virales co-localisées (la mutation d’une séquence espaceur « spacer » et la méthyltransférase codée par le virus) fournissent des preuves de l'adaptation locale et que les interactions virus-hôte jouent un rôle important dans la susceptibilité d'un hôte à l'infection et par conséquent la régulation des populations bactériennes du sol. L'ADN-SIP-métagénomique ciblant des groupes fonctionnels microbiens spécifiques a permis l’analyse des populations hôte-virus individuelles. Le suivi du flux de carbone à travers les populations procaryotes et virales a révélé des interactions actives entre les virus et les hôtes méthanotrophes et nitrifiants, et les préférences de niches de pH du sol. Notre étude a montré une preuve de transfert horizontal de gènes et des gènes métaboliques auxiliaires codés par le virus, indiquant que les virus contribuent de manière significative aux cycles biogéochimiques dans le sol, tels que le carbone (les gènes qui codent pour les familles GH, peptidases et la sous-unité C de méthane monooxygénase particulaire), et l'azote (les gènes qui codent pour la nitrogénase et le cytochrome cd1-nitrite réductase). Dans l’ensemble, ces résultats ont montré que les virus du sol sont des régulateurs importants des communautés microbiennes par la lyse spécifique de l’hôte et des interactions dynamiques virus-hôte.
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  • HAL Id : tel-03139953 , version 1

Cite

Sungeun Lee. Interactions hôte-virus à travers d’un gradient de pH du sol à l'échelle communautaire et individuelle. Autre. Université de Lyon, 2020. Français. ⟨NNT : 2020LYSEC020⟩. ⟨tel-03139953⟩
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