Les communautés bactériennes sont constituées d’un grand éventail d’espèces pouvant interagir entre elles dans des environnements spatialement hétérogènes tels que le sol, les plantes ou l'intestin humain. À quel point ces interactions stimulent ou entravent la diversité du microbiome demeure inconnu. Historiquement, deux hypothèses ont été proposées pour expliquer comment les interactions interespèces pourraient influencer la diversité. L’hypothèse ‘l’écologie contrôle’ (EC) prédit une relation négative, dans laquelle l'évolution ou la migration de nouvelles espèces est freinée à mesure que les niches se saturent. En revanche, l’hypothèse ‘la diversité engendre la diversité’ (DBD) prédit une relation positive, où la diversité existante favorise l'accumulation d'une plus grande diversité à travers des interactions telles que la construction de niche. De nombreuses études ont investigué ces modèles chez les vertébrés ou les plantes, et certaines les ont testés sur des bactéries en culture ; mais le modèle qui régit les communautés bactériennes naturelles demeure inconnu. En utilisant les données du gène ARN ribosomique 16S provenant d’un large éventail de microbiomes, j'ai montré une relation positive générale entre la diversité des taxons et la diversité des communautés de niveaux taxonomiques plus élevés. Cette observation est conforme à l’hypothèse du DBD, mais cette tendance positive plafonne à des niveaux élevés de diversité en raison des limites physiques de la niche. Ensuite, j'ai observé que le modèle DBD restait valide à une résolution plus fine, en analysant la variation génétique intra espèce dans les métagénomes des microbiomes intestinaux humains. Conformément au DBD, j'ai observé que le polymorphisme génétique ainsi que le nombre de souches intra espèces étaient positivement corrélés avec la diversité Shannon de la communauté. Dans le chapitre 3, j'ai examiné les interactions antagonistes entre V. cholerae et ses phages virulents et la manière dont ces interactions affectaient le cours de l’infection et la diversité génétique de V. cholerae chez les patients infectés. J'ai quantifié les abondances relatives de V. cholerae et des phages virulents associés dans plus de 300 métagénomes provenant de selles de patients atteints de choléra, tout en tenant compte de leur exposition aux antibiotiques. Les phages et les antibiotiques ont supprimé V. cholerae et ont été associés à une déshydratation légère chez les patients. J'ai également investigué les mécanismes de défense contre les phages dans V. cholerae et découvert que les éléments connus de résistance aux phages (integrative conjugative elements, ICEs) étaient associés à de faibles rapports phage: V. cholerae. J’ai pu montrer aussi que lorsque les ICEs ne sont pas détectés, la résistance aux phages semble être acquise par l’accumulation de mutations ponctuelles non synonymes. Mes résultats valident que les phages virulents sont un facteur qui protège contre le choléra tout en sélectionnant la résistance dans le génome de V. cholerae. / Bacterial communities harbor a broad range of species interacting within spatially heterogeneous environments such as soil, plants or the human gut. The extent to which these interactions drive or impede microbiome diversity is not well understood. Historically, two hypotheses have been suggested to explain how species interactions could influence diversity. The ‘Ecological Controls’ (EC) hypothesis predicts a negative relationship, where the evolution or migration of novel species is constrained as niches become filled. In contrast, the ‘Diversity Begets Diversity’ (DBD) hypothesis predicts a positive relationship, with existing diversity promoting the accumulation of further diversity via niche construction and other interactions. Many studies investigated these models in vertebrates or plants, some focused on cultured bacteria, but we still lack insights into how natural communities are assembled in the context of these two hypotheses. Using 16S RNA gene amplicon data across a broad range of microbiomes, I showed a general positive relationship between taxa diversity and community diversity at higher taxonomic levels, consistent with DBD. Due to niche’ limits, this positive trend plateaus at high levels of community diversity. Then, I found that DBD holds at a finer resolution by analyzing intra-species strain and nucleotide variation in sampled metagenomes from human gut microbiomes. Consistent with DBD, I observed that both intra-species polymorphism and strain number were positively correlated with community Shannon diversity. In Chapter 3, I investigated the antagonistic interactions between V. cholerae and its virulent phages and how these interactions affect the course of the infection and the within V. cholerae genetic diversity in natural infections. I quantified relative abundances of Vibrio cholerae (Vc) and associated phages in 300 metagenomes from cholera patients stool, while accounting for antibiotic exposure. Both phages and antibiotics suppressed V. cholerae and were inversely associated with severe dehydration. I also looked at V. cholerae phage-defense mechanisms and found that known phage-resistance elements (integrative conjugative elements, ICEs) were associated with lower phage:V. cholerae ratios. In the absence of detectable ICEs, phages selected for nonsynonymous point mutations in the V. cholerae genome. My findings validate that phages may protect against severe cholera while also selecting for resistance in the V. cholerae genome within infected patients.

Les pratiques de gestion des sols ont un impact direct sur leurs propriétés physico-chimiques et biologiques. Afin d'évaluer l'impact de ces pratiques sur les caractéristiques physico-chimiques du sol, une expérimentation à longue durée sur une rotation maïs-soja a été établie en 1992 à la Ferme expérimentale de l'Acadie de l'Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC), située dans l'est du Canada. En 2017, lors de la 25e année de cette expérimentation, les parcelles, situées sur un sol loam argileux, ont été analysées. La combinaison factorielle des traitements de travail du sol [labour conventionnel (LC) vs. semis direct (SD)] et de fertilisation azotée appliquée pour le maïs [0 kg N ha-1 (0N), 80 kg N ha-1 (1N), et 160 kg N ha-1 (2N)] a été analysée. Deux horizons de sol (0-5 cm et 5-20 cm) ont été prélevés pour l'étude. Dans un premier temps, nous avons examiné l'effet de ces pratiques sur les caractéristiques physico-chimiques du sol et la productivité du soja. Il en ressort que le SD a augmenté les stocks d'éléments dans le sol, suivant l'ordre décroissant P > Zn > Ntot > Ctot > B > K > Ca > Pb > Cd > Cu. Ni le travail du sol ni la fertilisation azotée n'ont augmenté le rendement en grains du soja. Nous avons également observé une augmentation de la concentration d'aluminium dans le traitement LC. Concernant la physique des sols, une densité plus faible a été notée dans l'horizon supérieur dans les deux systèmes, mais la macro-agrégation était favorisée dans le système SD. Les analyses métagénomiques de la communauté bactérienne du sol ont été réalisées par séquençage à haut débit (SHD) via la plateforme Illumina MiSeq®. Les résultats indiquent que les méthodes de travail du sol et l'horizon d'échantillonnage influencent le microbiome bactérien du sol, la fertilisation ayant une influence moindre. Le semis direct augmente la diversité bactérienne avec des genres comme *Terrabacter, Patulibacter, Blastococcus,* contribuant à la décomposition de la matière organique et au cycle des nutriments. Cette méthode montre une stratification claire entre les horizons du sol et une forte présence de bactéries spécialistes. En contraste, le labour conventionnel a une composition bactérienne plus homogène et moins diversifiée. Le semis direct, favorisant des « hubs » bactériens, renforce la résilience et la stabilité de la communauté microbienne du sol, tandis que le labour conventionnel présente une moindre complexité microbienne, pouvant affecter la santé du sol. Ainsi, l'analyse du microbiome bactérien est essentielle pour évaluer l'impact des pratiques de gestion des sols sur leur santé, et le semis direct se révèle plus avantageux pour la santé du sol. / Soil management practices have a direct impact on their physicochemical and biological properties. To assess the impact of these practices on the physicochemical characteristics of the soil, a long-term experiment on a corn-soybean rotation was established in 1992 at the Experimental Farm of Acadia of Agriculture and Agri-Food Canada (AAC), located in Eastern Canada. In 2017, during the 25th year of this experiment, the plots, located on clay loam soil, were analyzed. The factorial combination of soil management treatments [conventional tillage (CT) vs. no-till (NT)] and nitrogen fertilization applied to corn [0 kg N ha⁻¹ (0N), 80 kg N ha⁻¹ (1N), and 160 kg N ha⁻¹ (2N)] was analyzed. Two soil horizons (0-5 cm and 5-20 cm) were sampled for the study. Initially, we examined the effect of these practices on the physicochemical characteristics of the soil and the productivity of soybeans. It turns out that NT increased the stocks of elements in the soil, following the descending order P > Zn > Ntot > Ctot > B > K > Ca > Pb > Cd > Cu. Neither soil tillage nor nitrogen fertilization increased soybean grain yield. We also observed an increase in aluminum concentration in the CT treatment. Regarding soil physics, a lower density was noted in the upper horizon in both systems, but macro-aggregation was favored in the NT system. Metagenomic analyses of the soil bacterial community were conducted through high-throughput sequencing (HTS) using the Illumina MiSeq platform®. The results indicate that the methods of soil management and the sampling horizon influence the soil bacterial microbiome, with fertilization having a lesser influence. No-till increases bacterial diversity with genera such as *Terrabacter, Patulibacter, Blastococcus,* contributing to the decomposition of organic matter and nutrient cycling. This method shows a clear stratification between soil horizons and a strong presence of specialist bacteria. In contrast, conventional tillage presents a more homogeneous and less diversified bacterial composition. No-till, promoting bacterial 'hubs,' enhances the resilience and stability of the soil microbial community, while conventional tillage shows reduced microbial complexity, which could affect soil health. Therefore, the analysis of the bacterial microbiome is essential to assess the impact of soil management practices on their health, and no-till proves to be more advantageous for soil health.

Les cultures de Brassicacées sont très courantes en agriculture urbaine à Montréal. Elles comportent cependant leur lot de problèmes liés aux insectes ravageurs, tels que la piéride du chou, Pieris rapae. L’utilisation de méthodes de lutte classique contre les insectes ravageurs, tels les insecticides, engendrent de sérieux dommages environnementaux, incluant la contamination de l’eau et du sol ainsi que la toxicité pour les plantes environnantes, les insectes auxiliaires et les microorganismes du sol. Le compagnonnage végétal, une pratique agroécologique alternative, est connue en tant que stratégie d’IPM (lutte intégrée contre les insectes ravageurs). L'objectif général de l'étude était d'évaluer in situ l'importance de diverses méthodes de compagnonnage sur l'infestation de P. rapae au sein du chou chinois, Brassica rapa. Les plantes utilisées dans les systèmes de compagnonnage étaient des cultures-pièges (Eruca sativa et Brassica carinata), des plantes compagnes principales qui étaient des plantes insectaires et répulsives pour les insectes ravageurs (Tagetes erecta, Amaranthus cruentus et Ocimum grattissimum) ainsi que des plantes compagnes secondaires (Solanum aethiopicum, Ocimum basilicum et Hibiscus sabdariffa). Les paramètres de physiologie végétale ainsi que les structures des communautés microbiennes et d’insectes ont été suivis de près tout au long de la saison croissance où l’expérience a eu lieu. La taille des larves était significativement plus importante au sein de la monoculture (contrôle) et les taux de concentration de glucosinolates dans les feuilles de Brassica rapa étaient deux fois plus élevés dans les contrôles comparativement aux systèmes de cultures plus diversifiés. Une PERMANOVA a confirmé une différence significative entre les méthodes de cultures concernant la composition des communautés d’insectes bénéfiques. Les communautés bactériennes du sol ont été améliorées par l'agriculture durable par rapport au sol d'origine et ont été bonifiées dans les systèmes de compagnonnage végétal (plus diversifiés). L'étude a mis en évidence les avantages de l'agroécologie, y compris le compagnonnage végétal, en termes de lutte intégrée contre les insectes ravageurs et d'autres composantes de l'agroécosystème. / Brassica crops are very common culture for urban farmers in Montreal where insect pests like the cabbage whitefly, Pieris rapae, are a real concern. The use of conventional insect pest control methods, such as insecticides, causes serious damages to a highly anthropized and therefore already constrained environment. These include air, water and soil contamination, as well as toxicity to surrounding beneficial insects, soil microorganisms, plants and the entire food chain. Companion planting, an agroecological practice, is an alternative strategy for insect pest management. The general objective of the study was to evaluate in situ the relevance of various traditional methods of companion planting on infestation of Chinese cabbage, Brassica rapa, by P. rapae. The plants used in the companion systems were two trap crop species: Eruca sativa and Brassica carinata; Tagetes erecta, Amaranthus cruentus and Ocimum grattissimum were used like companion plants because of their properties as insectary plants and repellent species against the targeted pest; Solanum aethiopicum, Ocimum basilicum and Hibiscus sabdariffa were also considered (secondary) companion plant species. Plant physiological parameters as well as microbial and insect community structure were carefully monitored over the growing season where this experiment took place. Larval size was significantly greater in the monoculture and glucosinolate concentrations in leaves of Brassica rapa was two-times higher in control than in more diversified cultivation systems. With larger yield and the absence of pest in the field, ‘trap cropping system’ was overall the most efficient albeit the 'mix of companion planting’ system had the lowest leaf area damage. A PERMANOVA confirmed a significant difference between the cultivation methods regarding beneficial insect communities’ composition. Belowground, soil bacterial communities were readily modified by sustainable agriculture practice, even more so in biodiversified systems. The study highlighted benefits of agroecology, including companion planting, in terms of integrated pest management and other components of the agroecosystem.