Effects of urbanization on the spatial dynamics of leaf microbial communities of common milkweed

L'urbanisation est un aspect clé du changement climatique mondial qui se caractérise par des changements radicaux dans les contextes abiotiques (par exemple, températures extrêmes et pollution) et biotiques des interactions entre les espèces (par exemple, les traits fonctionnels des plantes). Ces changements induits par l'urbanisation peuvent avoir un impact profond sur les communautés microbiennes, qui sont des facteurs clés du fonctionnement et de la santé des écosystèmes, et plus particulièrement, de la santé des plantes. Malgré le rôle essentiel du microbiome de la phyllosphère (c'est-à-dire des feuilles) dans l'amélioration de la croissance et de la santé des plantes, sa réponse à l'urbanisation reste mal comprise. L'urbanisation peut modifier l'équilibre entre les mécanismes clés de l'assemblage des communautés microbiennes, tels que la sélection et la dispersion, et avoir ainsi un impact sur les symbioses foliaires. Dans cette étude, notre objectif principal était d'étudier comment les changements dans les pressions sélectives dus aux stress abiotiques, au stress biotique (c'est-à-dire les caractéristiques des plantes hôtes) et à la limitation potentielle de la dispersion induite par l'hétérogénéité urbaine peuvent affecter la composition et la diversité des communautés bactériennes épiphytes foliaires sur un gradient d'intensité croissante de l'urbanisation. J'ai émis l'hypothèse que (i) un stress abiotique plus important dans les populations urbaines d'asclépiade commune (Asclepias syriaca) - dû à des températures plus élevées, à la pollution atmosphérique (PM2.5-11, PM11-100), à d'une couverture végétale plus faible et d'une densité de population humaine plus élevée - impose une sélection plus forte sur les plantes, réduisant ainsi la diversité alpha des communautés épiphytes foliaires, et (ii) que des barrières de dispersion plus fortes et une plus grande hétérogénéité des habitats dans les zones urbaines augmentent la diversité bêta des microbiomes foliaires par rapport aux zones non urbaines. Pour ce faire, j’ai examiné la diversité et la composition des communautés microbiennes de la phyllosphère, ainsi que les caractéristiques fonctionnelles (c'est-à-dire la hauteur, la densité des stomates et des trichomes, le poids frais du latex, la surface foliaire spécifique) de l'asclépiade commune sur 36 sites répartis le long d'un gradient allant de zones urbaines à non-urbaines dans trois régions, à savoir Montréal, Toronto et Québec City. J’ai d'abord constaté que plusieurs traits fonctionnels des plantes - en particulier la surface foliaire spécifique, la densité des trichomes, la densité stomatique et le poids frais du latex - étaient fortement influencés par des variables d'urbanisation, notamment l'indice de végétation normalisé et la température de surface du sol, ainsi que par des variables environnementales, en particulier l'ouverture du couvert végétal. À l'aide du séquençage à haut débit d’amplicons du 16S rRNA, j’ai ensuite constaté que la diversité alpha des bactéries épiphytes était nettement plus élevée dans les environnements urbains que dans les sites non urbains et qu'elle diminuait sous les canopées plus ouvertes et lorsque le pH du sol était plus élevé, sans présenter de variation régionale. La variation de la composition des communautés bactériennes entre les régions s'expliquait de manière significative par des facteurs d'urbanisation, en particulier la température à la surface du sol, des variables environnementales (c'est-à-dire l'ouverture du couvert végétal et le pH du sol) et des caractéristiques végétales, notamment la surface foliaire spécifique. Les analyses d'abondance différentielle ont révélé que les communautés bactériennes épiphytes urbaines étaient enrichies en membres du genre Deinococcus et des phyla Proteobacteria (Pseudomonadota) et Actinobacteria, ce qui concorde avec d’autres études sur l'impact des facteurs de stress anthropiques sur le microbiote de la phyllosphère. Ces résultats indiquent que les conditions urbaines peuvent exercer de fortes pressions sélectives sur les communautés foliaires par le biais des conditions environnementales et des phénotypes des plantes hôtes. Cependant, la diversité bêta - définie comme la variation de la composition des communautés bactériennes au sein de chaque niveau d'urbanisation dans chaque région - ne différait pas de manière significative d'un gradient d'urbanisation à l'autre. Ces résultats suggèrent que la dispersion microbienne n'est pas fortement limitée par l'urbanisation ou que les pressions de sélection sur les microbes de la phyllosphère ne sont pas suffisamment fortes ou stables pour entraîner une plus grande homogénéité des communautés microbiennes dans les habitats urbains par rapport aux habitats non urbains. Nos résultats contribuent à un ensemble croissant de preuves selon lesquelles les environnements urbains enrichissent de manière sélective les taxons microbiens mieux adaptés aux conditions de stress élevé, soulignant l'importance de comprendre la dynamique microbienne dans les écosystèmes en rapide urbanisation.

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