Spatio-temporal dynamic of viral and microbial communities in Sphagnum-dominated peatlands | Dynamique spatio-temporelle des communautés virales et microbiennes des tourbières à Sphagnum

English. Peatlands cover 3 % of the continental surfaces but represent up to a third of the soil carbon stock. Peat accumulation results from the imbalance between primary production and decomposition due to the limitation of the prokaryote activity caused by the environmental conditions. Viral infection and lysis impact the diversity and the activity of the microbial communities and influence the carbon cycle. However, the functioning of the viral compartment had never been taken into account in peatlands. The aim of this thesis was to gain knowledge about the spatio-temporal dynamic of viral abundance and diversity in Sphagnum-dominated peatlands. Spatio-temporal analysis of viral and prokaryote abundance and of 12 metaviromes (viral diversity) in relation to the physico-chemical features in a temperate Sphagnum-dominated peatland in France revealed the high seasonal variability of the viral communities. This dynamic appeared mainly related to the environmental conditions shaped by the fluctuation of the water-table level. In the same peatland the taxonomic diversity of the present microorganisms (metagenomes) differed between the fen and the bog, but these communities present a similar functional diversity, which expression in selected in the same way in the two dynamic stages, in relation to depth-related environmental conditions. Viral abundance analyzed in 5 Sphagnum-dominated peatlands from Finland, Canada, France and subantarctic Amsterdam Isle presented a high geographical variability. Investigation of the diversity of the viral communities from the peat matrix and the pore-water in Finland and Canada emphasized the structuration of the viral communities by the site, then the dynamic stage, and finally depth. These results confirm the first hypotheses about the functioning of the viral compartment depending on environmental conditions and prokaryote activity. Effects of human-derived disturbances on viral ecology in peatlands were investigated based on this knowledge. While soil viral diversity was poorly documented at the start of this thesis, the collection of 31 metaviromes from Sphagnum-dominated peatlands produced for this project represents the second largest dataset representing the viral diversity from environmental samples.

French. Les tourbières couvrent 3 % des surfaces continentales et jouent un rôle important dans le cycle du carbone en stockant le tiers du carbone des sols. L'accumulation de tourbe est liée au déséquilibre production primaire/décomposition du à une activité microbienne limitée par les conditions environnementales. L'infection et la lyse virale ont un impact sur la diversité et l'activité des communautés microbiennes, et influent sur le cycle du carbone. Cependant, le fonctionnement de ce compartiment viral n'avait jamais été pris en compte dans les études de fonctionnement des tourbières. Le but de ce travail de thèse était d'analyser et comprendre la dynamique spatiale et temporelle de l'abondance et de la diversité virale des tourbières à Sphagnum. L'analyse de l'abondance virale et procaryote et de 12 metaviromes en lien avec la physico-chimie d'une tourbière tempérée en France montre une forte variation saisonnière des communautés virales. Cette variation semble très liée aux conditions environnementales générées par la fluctuation de la nappe d'eau. Dans cette même tourbière, l'analyse de la diversité taxonomique et fonctionnelle des communautés de microorganismes présents (métagénomes) et métaboliquement actifs (métatranscriptomes) indique que la structure taxonomique est différente entre les des deux principaux stades, le fen et le bog, mais que ces communautés présentent une diversité fonctionnelle similaire, dont l'expression est liée aux changements des conditions environnementales avec la profondeur. L'abondance des particules virales étudiées dans 5 tourbières à Sphagnum réparties en Finlande, au Canada, en France, et sur l'île subantarctique d'Amsterdam varie fortement avec les sites. L'analyse de la diversité virale de la matrice et de l'eau de tourbe du Canada et de Finlande montre que la diversité virale est structurée par le site, puis le stade dynamique, puis la profondeur, avec un rôle important de la saturation en eau au niveau du site. Ces résultats valident le fonctionnement proposé du compartiment viral et de la communauté d'hôtes procaryotes. Ces connaissances ont été utilisées pour analyser le fonctionnement du compartiment microbien de tourbières à Sphagnum soumises à des perturbations d'origine anthropique. Les 31 métaviromes produits pour cette thèse constituent l'une des plus grandes bases de données sur la diversité virale des écosystèmes alors que la diversité virale des sols n'avait presque jamais été étudiée auparavant.