Les collemboles sentinelles : Biologie thermique et génomique du stress environnemental chez le collembole arctique Entomobrya comparata

Auteurs

1. C.R. Beet, École des sciences, Université de Waikato, Hamilton, Nouvelle-Zélande
2. M.E. Duell, Département de biologie, Western University, London, Ontario, Canada
3. I.D. Hogg, Savoir polaire Canada, Station canadienne de recherche dans l’Extrême-Arctique, Cambridge Bay, Nunavut, Canada
4. B.J. Sinclair, Département de biologie, Western University, London, Ontario, Canada, bsincla7@uwo.ca

Référence suggérée

Beet, C.R., Duell, M.E., Hogg, I.D. et Sinclair, B.J. 2020. Les collemboles sentinelless : Biologie thermique et génomique du stress environnemental chez le collembole arctique Entomobrya comparata. Savoir polaire : Rapport Aqhaliat, volume 3, Savoir polaire Canada, p. 5–7. DOI : 10.35298/pkc.2020.01.fra

Article

La température et l'eau des sols arctiques évoluent rapidement en raison du changement climatique. Le sol est plus qu'une simple terre – il comprend des milliers de petits animaux qui sont essentiels à la santé du sol et au fonctionnement de l'écosystème. Parmi eux, les collemboles (Collembola) sont les plus importants. Longs de quelques millimètres seulement, ils sont l'un des animaux les plus communs de la toundra, mais nous ne savons presque rien sur leur mode de survie dans l'environnement arctique.

Nous avons commencé à étudier cette question en déterminant comment un collembole commun de Cambridge Bay (Entomobrya comparata, voir Figure 1) survit dans les températures élevées/basses et pendant la déshydratation en juillet. Nous avons constaté que cette espèce est résistante au gel en été. Cela signifie qu'elle peut survivre à des températures basses tant qu'elle ne gèle pas, et qu'elle est très douée pour éviter le gel. Nous avons mesuré le point de surfusion (c'est-à-dire la température à laquelle ils gèlent, voir la figure 2), et nous avons trouvé une moyenne de -12,9 °C. Nous avons également mesuré le « maximum thermique critique » (c'est-à-dire la température la plus élevée qu'ils peuvent supporter) et nous avons trouvé une moyenne de 38,3 °C. Lorsqu'elle est exposée à un environnement très sec, E. comparata peut survivre pendant plus de 13,5 heures. L'ensemble de ces données montre que Entomobrya comparata est bien équipée pour survivre aux températures estivales de Cambridge Bay. Cependant, sa tolérance au froid n'est certainement pas suffisante pour survivre un hiver arctique.

Nous avons également commencé à explorer les mécanismes moléculaires associés aux facteurs de stress environnementaux chez Entomobrya comparata. Pour ce faire, nous avons exposé E. comparata à des stress, pourtant non létaux, de froid, de chaleur et de déshydratation, et nous avons stocké les échantillons pour nous permettre de déterminer quels gènes sont associés aux réponses à ces stress. Actuellement, nous avons extrait l'ARN messager – la matière première produite à partir de l'ADN – de nos échantillons, qui seront envoyés à Génome Québec pour l’analyse. Nous assemblerons ensuite les données en un transcriptome (c'est-à-dire une liste de tous les gènes présents chez l'animal) et nous comparerons les traitements pour déterminer quels gènes augmentent ou diminuent leur expression (s'activent ou se désactivent) avec chaque stress environnemental.

Nous avons deux objectifs principaux pour nos recherches. Premièrement, les installations et l'emplacement de la Station canadienne de recherche dans l’Extrême-Arctique (SCREA) en font un lieu idéal pour mesurer la physiologie de ces collemboles en hiver, ce qui nous permettra de comprendre comment ils tolèrent des températures extrêmement basses, révélant potentiellement de nouveaux mécanismes de survie. Deuxièmement, nous pouvons utiliser les gènes exprimés de manière différentielle comme indicateurs de différents types de stress environnementaux, ce qui nous permet de les utiliser comme marqueurs pour surveiller la santé des collemboles et de leurs écosystèmes terrestres dans un environnement changeant.

De nombreux résidents de l'Arctique pourraient ne pas être conscients de la diversité des petits animaux du sol, comme les collemboles, qui se trouvent littéralement sous leurs pieds. Clare Beet, membre de l'équipe, a commencé à s'attaquer à ce problème en emmenant certains enfants locaux de Cambridge Bay à la « chasse aux collemboles » dans le cadre de sa visite à l'été 2019, ainsi qu'en donnant une entrevue à la radio.