Evaluating the effects of neonicotinoid seed treatments on agricultural microbiomes

Les néonicotinoïdes, une classe d'insecticides systémiques, sont largement appliqués pour contrôler les ravageurs des cultures agricoles. Des études antérieures indiquent que l'application généralisée des néonicotinoïdes a des effets négatifs sur les macro- et micro-organismes bénéfiques, notamment les pollinisateurs. Les microbiotes de la phyllosphère et du sol jouent un rôle clé dans la régulation de l'écosystème, incluant les bactéries et les nématodes libres qui contribuent à la performance des cultures et sont essentiels pour la croissance et la santé des plantes et la fertilité du sol. Les nématodes sont également des bioindicateurs de la qualité du sol et, en tant qu’invertébrés, ils sont des cibles potentielles des néonicotinoïdes. Il est donc essentiel de comprendre la variation de la composition et des fonctions de ces communautés microbiennes en réponse aux perturbations environnementales, notamment dans le contexte de l'application de néonicotinoïdes. Peu d'études ont porté sur les impacts non ciblés des néonicotinoïdes sur les communautés microbiennes. De plus, la plupart de ces études ont été réalisées en laboratoire et se limitent à une seule espèce. Il y a donc encore un manque de connaissances sur ces impacts dans les agroécosystèmes. Dans ma thèse, j'ai étudié les effets non ciblés du traitement de semences aux néonicotinoïdes sur les communautés bactériennes de la phyllosphère et du sol, les communautés de nématodes et l'expression génique microbienne du sol dans un agroécosystème soya-maïs. Pour améliorer notre compréhension des impacts des néonicotinoïdes sur les microbiomes agricoles, un projet de recherche structuré visant à étudier la variation des taxons et de l'expression des gènes en réponse à l'application de néonicotinoïdes était nécessaire. En plus, la détermination des facteurs de variation et des modèles de cooccurrence et d'interactions de ces communautés microbiennes pourrait nous permettre de mieux comprendre la dynamique des communautés microbiennes et leurs réponses aux néonicotinoïdes en tant que stress environnemental. Ma thèse aborde trois objectifs principaux : (1) quantifier la composition taxonomique bactérienne de la phyllosphère et du sol, la composition taxonomique des nématodes, et l'expression génique chez les bactéries et les eucaryotes du sol, (2) déterminer les moteurs de variation de la composition des communautés microbiennes et de l'expression génique, et (3) détecter les changements dans la structure et la diversité des communautés microbiennes, la composition taxonomique, l'expression génique et les modèles de cooccurrence nématode-bactérie en réponse aux néonicotinoïdes dans un agroécosystème soya-maïs. À cette fin, nous avons utilisé le séquençage d'amplicons (gènes 16S rRNA bactérien et 18S rRNA des nématodes) et la métatranscriptomique. Nos résultats révèlent des impacts des néonicotinoïdes sur la communauté bactérienne de la phyllosphère et du sol et la composition taxonomique des nématodes. Les néonicotinoïdes ont modifié l'abondance relative de certaines bactéries et nématodes, y compris une augmentation des genres bactériens liés à la biodégradation des néonicotinoïdes, une diminution de plusieurs genres de bactéries potentiellement bénéfiques pour la croissance des plantes et la fixation de l'azote, et de la famille des nématodes omnivores, Dorylaimidae, qui est un indicateur de stress environnemental. Cependant, les espèces hôtes et le temps ont également été des facteurs importants de variation des communautés microbiennes qui expliquent souvent les changements dans la composition de ces communautés, mieux que les néonicotinoïdes. Les néonicotinoïdes ont également affecté de manière significative la structure et la composition taxonomique des réseaux de cooccurrence nématodes-bactéries. De plus, les effets des néonicotinoïdes sur l'expression des gènes microbiens varient dans le temps. Certains gènes associés aux protéines de choc thermique, aux fonctions de régulation et aux processus métaboliques étaient sous-exprimés, tandis que d'autres gènes associés à la photosynthèse et à la réparation de l'ADN étaient surexprimés à différents moments en réponse aux néonicotinoïdes. À notre connaissance, cette étude est le premier exemple d'un plan expérimental représentant les conditions réelles d'exploitation agricole pour évaluer les impacts non ciblés du traitement de semences aux néonicotinoïdes sur la composition taxonomique microbienne et l'expression génique. Elle améliore notre compréhension des effets des néonicotinoïdes sur la variation des communautés microbiennes dans une rotation de cultures de soya-maïs au Québec, Canada. Elle met également en évidence le rôle des espèces hôtes et du temps comme facteurs importants de la variation des communautés microbiennes dans les agroécosystèmes. \n_____________________________________________________________________________ \nMOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : néonicotinoïdes, traitement de semences, composition de la communauté microbienne, réseaux de cooccurrence microbienne, expression génique microbienne, facteurs de variation de la communauté, métatranscriptomique

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