Génomique pour l'adaptation et la résilience au changement climatique (projet GenARCC)

Les forêts et la toundra, qui offrent des services écosystémiques, des avantages sociaux et culturels et une valeur économique, sont des espaces essentiels pour la population du Canada. Ces écosystèmes nettoient l'air et l'eau, régulent le climat et le refroidissent, et atténuent les inondations et l'érosion des sols. Ils constituent également un habitat essentiel pour de nombreuses plantes et animaux et jouent un rôle crucial dans le cycle du carbone de la Terre. Cependant, en raison du changement climatique mondial, la santé et la productivité des forêts et de la toundra canadiennes sont en déclin.

Effets des changements climatiques

• Risque accru de sécheresse et de feu de forêt en raison de l'augmentation des températures et de l'imprévisibilité des précipitations
• Sensibilité accrue aux ravageurs et aux agents pathogènes du fait que les arbres subissent un stress physiologique
• Introduction de nouvelles menaces à mesure que la répartition des espèces change
• Changements dans les services écosystémiques, tels que le stockage du carbone, en raison des changements dans la biodiversité et la fonction des microbiomes

Les activités de recherche sur les forêts et la toundra de GenARCC portent sur la réponse complexe et interdépendante de ces écosystèmes aux changements climatiques. Les chercheurs examinent les espèces individuelles ainsi que la diversité de communautés entières afin d'acquérir une compréhension holistique de l'adaptation et de la vulnérabilité aux changements climatiques et aux menaces dans ces écosystèmes. Ils combinent les données génomiques avec la surveillance écologique intégrée et l'apprentissage automatique pour déterminer la capacité d'adaptation des principales espèces d'arbres et d'espèces sauvages, ainsi que les microbes associés. Ces renseignements aideront les chercheurs à prédire comment les espèces de forêts et de toundra réagiront aux changements climatiques et à améliorer les pratiques de gestion résilientes à ces changements.

Dans l'ensemble du Canada, plus de 60 millions d'hectares de terres servent à l'agriculture primaire; cette utilisation des terres contribue à notre économie, fournit des ressources essentielles et assure la sécurité alimentaire.

Effets des changements climatiques

• Stress physiologique dû à des températures plus élevées
• Augmentation du nombre d'insectes, de plantes et d'agents pathogènes envahissants
• Déclin des populations d'insectes utiles, comme les pollinisateurs
• Potentiel de nouvelles possibilités agricoles

Les activités de recherche agroécosystémique de GenARCC combinent la génomique, l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique pour étudier et contrer les effets complexes des changements climatiques sur ces écosystèmes. Les chercheurs étudient des espèces qui jouent un rôle essentiel dans la santé et la productivité du secteur agricole canadien, notamment les cultures oléagineuses, le bison, les insectes et les plantes envahissantes, ainsi que les microbiomes associés et leurs rôles. De plus, ils mettent au point une technologie de capteurs pour l'analyse sur le terrain afin de fournir une caractérisation en temps réel des nutriments et des traits des plantes. Ces activités de recherche permettront d'évaluer la vulnérabilité génomique et la capacité d'adaptation des espèces essentielles à la durabilité agricole du Canada et de mettre au point des outils génomiques adaptés pour surveiller la diversité, la santé et les répercussions des changements climatiques sur ces espèces.

Le Canada possède le plus long littoral de tous les pays et compte plus de deux millions de lacs et de rivières, ce qui rend les écosystèmes aquatiques et côtiers essentiels à la biodiversité, à l'économie et à l'identité culturelle du pays.

Effets des changements climatiques :

• Stress physiologique dû à des conditions environnementales changeantes, telles que des températures plus élevées et une acidité accrue de l'océan
• Interactions compétitives et propagation des agents pathogènes à mesure que la répartition des espèces change
• Modification des réseaux trophiques en raison de changements dans la diversité et l'abondance des espèces

Dans le cadre des activités de recherche aquatiques et côtières de GenARCC, on utilise la génomique avec l'apprentissage automatique et la modélisation climatique pour étudier les effets complexes des changements climatiques sur les espèces aquatiques et terrestres dans ces écosystèmes. Les chercheurs évaluent la diversité génomique et la capacité d'adaptation des espèces de poissons et d'espèces sauvages qui sont importantes pour les communautés autochtones et les pêches canadiennes. Ils élaborent aussi des outils génomiques pour surveiller la diversité et la santé des salmonidés dans les écosystèmes d'eau douce afin d'examiner la façon dont les réseaux trophiques sont affectés par les changements climatiques. Les activités de recherche comprennent l'utilisation d'approches de modélisation pour évaluer les menaces liées au climat provenant d'agents pathogènes émergents comme les virus, les parasites et les bactéries, en mettant l'accent sur la santé humaine et faunique. Comprendre la vulnérabilité et le potentiel d'adaptation des espèces aquatiques et côtières est une première étape importante dans l'élaboration de stratégies efficaces pour assurer la conservation de la biodiversité face aux changements climatiques.

• Ahmed R, Nasheri N. 2023. Animal reservoirs for hepatitis E virus within the Paslahepevirus genus. Veterinary Microbiology. Vet Microbiol 278:109618. https://doi.org/10.1016/j.vetmic.2022.109618 (en anglais seulement)
• Alkie TN, Lopes S, Hisanaga T, Xu W, Suderman M, Koziuk J, Fisher M, Redford T, Lung O, Joseph T, Himsworth CG, Brown IH, Bowes V, Lewis NS, Berhane Y. 2022. A threat from both sides : Multiple Introductions of genetically distinct H5 HPAI viruses into Canada via both East Asia-Australasia/Pacific and Atlantic flyways. Virus Evolution 8(2). https://doi.org/10.1093/ve/veac077 (en anglais seulement)
• Alkie TN, Cox S, Embury-Hyatt C, Stevens B, Pople N, Pybu MJs, Xu W, Hisanaga T, Suderman M, Koziuk J, Kruczkiewicz P, Nguyen HH, Fisher M, Lung O, Erdelyan CNG, Hochman O, Ojkic D, Yason C, Bravo-Araya M, Bourque L, Bollinger TK, Soos C, Giacinti J, Provencher J, Ogilvie S, Clark A, MacPhee R, Parsons GJ, Eaglesome H, Gilbert S, Saboraki K, Davis R, Jerao A, Ginn M, Jones MEB, Berhane Y. 2023. Characterization of neurotropic HPAI H5N1 viruses with novel genome constellations and mammalian adaptive mutations in free-living mesocarnivores in Canada. Emerging Microbes & Infections. Emerging Microbes and Infections 12(1):2186608. https://doi.org/10.1080/22221751.2023.2186608 (en anglais seulement)
• Auer L, Buée M, Fauchery L, Lombard V, Barry KW, Clum A, Copeland A, Daum C, Foster B, LaButti K, Singan V, Yoshinaga Y, Martineau C, Alfaro M, Castillo FJ, Bosco Imbert J, Ramírez L, Castanera R, Pisabarro AG, Finlay R, Lindahl B, Olson A, Séguin A, Kohler A, Henrissat B, Grigoriev IV, Martin FM. 2023. Metatranscriptomics sheds light on the links between the functional traits of fungal guilds and ecological processes in forest soil ecosystems. New Phytologist. https://doi.org/10.1111/nph.19471 (en anglais seulement)
• Berhane Y, Joseph T, Lung O, Embury-Hyatt C, Xu W, Cottrell P, Raverty S. 2022. Isolation and Characterization of Novel Reassortant Influenza A(H10N7) Virus in a Harbor Seal, British Columbia, Canada. Infectious Diseases 28(7):1480-1484 https://doi.org/10.3201/eid2807.212302 (en anglais seulement)
• Birchard K, Driver HG, Ademidun D. et al. 2023. Circadian gene variation in relation to breeding season and latitude in allochronic populations of two pelagic seabird species complexes. Sci Rep 13, 13692. https://doi.org/10.1038/s41598-023-40702-8 (en anglais seulement)
• Caliendo V, Lewis NS, Pohlmann A, Baillie SR, Banyard AC, Beer M, Brown IH, Fouchier RAM, Hansen RDE, Lameris TK, Lang AS, Laurendeau S, Lung O, Robertson G, van der Jeugd H, Alkie TN, Thorup K, van Toor ML, Waldenström J, Yason C, Kuiken T, Berhane Y. 2022. Transatlantic spread of highly pathogenic avian influenza H5N1 by wild birds from Europe to North America in 2021. Scientific Reports 12(1):11729. https://doi.org/10.1038/s41598-022-13447-z (en anglais seulement)
• Crowley SE, Bentzen P, Kess T, Duffy SJ, Messmer AM, Watson B, Dempson JB, Keefe DG, Perry RC, Marquis B, Hajibabaei M, Fahner N, Berghuis L, Hobrecker K, Bradbury IR. 2024. eDNA metabarcoding reveals riverine fish community structure and climate associations in northeastern Canada. Environmental DNA, 6, e517. https://doi.org/10.1002/edn3.517 (en anglais seulement)
• Depardieu C, Lenz P, Marion J; Nadeau S, Girardin M, Marchand W, Bégin C, Treydte K, Gessler A, Bousquet J, Savard M, Isabel N. 2024. Contrasting physiological strategies explain heterogeneous responses to severe drought conditions within local populations of a widespread conifer. The Science of the Total Environment 923(11): 171174 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171174 (en anglais seulement)
• Fisher M, Nebroski M, Davies J, Janzen E, Sullivan D, Lung O. 2023. Discovery and comparative genomic analysis of a novel equine anellovirus, representing the first complete Mutorquevirus genome. Scientific Reports 13(3703):1-10. https://doi.org/10.1038/s41598-023-30875-7 (en anglais seulement)
• Harkness BAS, Ibarguchi G, Poland VF, Friesen VL. 2024. Historical fragmentation and stepping-stone gene flow led to population genetic differentiation in a coastal seabird. Ecology and Evolution, 14, e11204. https://doi.org/10.1002/ece3.11204 (en anglais seulement)
• Jeffery NW, Vercaemer B, Stanley RRE, Kess T, Dufresne F, Noisette F, O’Connor MI, Wong MC. 2024. Variation in genomic vulnerability to climate change across temperate populations of eelgrass (Zostera marina). Evolutionary Applications, 17, e13671. https://doi.org/10.1111/eva.13671 (en anglais seulement)
• Kess T, Lehnert SJ, Bentzen P, Duffy S, Messmer A, Dempson JB, Newport J, Whidden C, Robertson MJ, Chaput G, Breau C, April J, Gillis C-A, Kent M, Nugent CM, Bradbury IR. 2024. Variable parallelism in the genomic basis of age at maturity across spatial scales in Atlantic Salmon. Ecology and Evolution, 14, e11068. https://doi.org/10.1002/ece3.11068 (en anglais seulement)
• Kruczkiewicz P, Nguyen HH, Lung O. 2022. ACIA-NCFAD/nf-flu v3.1.0. Zonodo. https://zenodo.org/record/7011213#.ZBs5cXbMIuU (en anglais seulement)
• Langille BL, Kess T, Brachmann M, Nugent CM, Messmer A, Duffy SJ, Holborn MK, Van Wyngaarden M, Knutsen TM, Kent M, Boyce D, Gregory RS, Gauthier J, Fairchild EA, Pietrak M, Eddy S, de Leaniz CG, Consuegra S, Whittaker B. … Bradbury IR. 2023. Fine-scale environmentally associated spatial structure of lumpfish (Cyclopterus lumpus) across the Northwest Atlantic. Evolutionary Applications, 16, 1619–1636. https://doi.org/10.1111/eva.13590 (en anglais seulement)
• Layton KKS, Brieuc MSO, Castilho R, Diaz-Arce N, Estevez-Barcia D, Fonseca VG, Fuentes-Pardo AP, Jeffery NW, Jimenez-Mena B, Junge C, Kaufmann J, Leinonen T, Maes SM, McGinnity P, Reed TE, Reisser CMO, Silva G, Vasemagi A, Bradbury IR. 2024. Predicting the future of our oceans-Evaluating genomic forecasting approaches in marine species. Glob Chang Biol 30: e17236. https://doi.org/10.1111/gcb.17236 (en anglais seulement)
• Lind BM, Candido-Ribeiro R, Singh P, Lu M, Obreht Vidakovic D, Booker TR, Whitlock MC, Yeaman S, Isabel N, Aitken SN. 2024. How useful is genomic data for predicting maladaptation to future climate? Global Change Biology 30 (4) https://doi.org/10.1111/gcb.17227 (en anglais seulement)
• Liu P, Wilson PJ, Redquest B, Keobouasone S, Manseau M. 2024. Seq2Sat & SatAnalyzer toolkit: Towards comprehensive microsatellite genotyping from sequencing data. Molecular Ecology Resources. https://doi.org/10.1111/1755-0998.13929 (en anglais seulement)
• Lung O, Fisher M, Nebroski M, McGregor G, Schwantje H, Joseph T. 2022. Whole-Genome Sequence of Cervid atadenovirus A from the Initial Cases of an Adenovirus Hemorrhagic Disease Epizootic of Black-Tailed Deer in Canada. Microbiology Resource Announcements 11(1):e0066222. https://doi.org/10.1128/mra.00662-22 (en anglais seulement)
• Nugent CM, Kess T, Brachmann MK, Langille BL, Duffy SJ, Lehnert SJ, Wringe BF, Bentzen P, Bradbury IR. 2023. Whole-genome sequencing reveals fine-scale environment-associated divergence near the range limits of a temperate reef fish. Molecular Ecology, 32, 4742–4762. https://doi.org/10.1111/mec.17063 (en anglais seulement)
• Nugent CM, Kess T, Langille BL, Beck SV, Duffy S, Messmer A, Smith N, Lehnert SJ, Wringe BF, Kent M, Bentzen P, Bradbury IR. 2024. Post-glacial recolonization and multiple scales of secondary contact contribute to contemporary Atlantic salmon (Salmo salar) genomic variation in North America. Journal of Biogeography, 00, 1–16. https://doi.org/10.1111/jbi.14852 (en anglais seulement)
• Pickering B, Lung O, Maguire F, Kruczkiewicz P, Kotwa JD, Buchanan T, Gagnier M, Guthrie JL, Jardine CM, Marchand-Austin A, Massé A, McClinchey H, Nirmalarajah K, Aftanas P, Blais-Savoie J, Chee HY, Chien E, Yim W, Banete A, Griffin BD, Yip L, Goolia M, Suderman M, Pinette M, Smith G, Sullivan D, Rudar J, Vernygora O, Adey E, Nebroski M, Goyette G, Finzi A, Laroche G, Ariana A, Vahkal B, Côté M, McGeer AJ, Nituch L, Mubareka S, Bowman J. 2023. Divergent SARS-CoV-2 variant emerges in white-tailed deer with deer-to-human transmission. Nature Microbiology 8,188. https://doi.org/10.1038/s41564-022-01298-3 (en anglais seulement)
• Stefani F, Beguin J, Paré D, Morency MJ, Martineau C, Fortin JA, Thiffault N, Séguin A. 2023. Does wood mulch trigger microbially mediated positive plant-soil feedback in degraded boreal forest sites? A post hoc study. Frontiers in Plant Science. Volume 14. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1122445 (en anglais seulement)
• Rabearison TJ, Poirier V, Gillespie A, Laganière J, DesRochers A. 2023. Increasing tree productivity does not translate into greater soil organic carbon storage. Forest Ecology and Management. Volume 535. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2023.120884 (en anglais seulement)
• Smenderovac E, Emilson C, Rheault K, Brazeau ÉE, Morency M-J, Gangé P, Venier L, Martineau C. 2024 Drying as an effective method to store soil samples for DNA-based microbial community analyses: a comparative study. Sci Rep 14, 1725 https://doi.org/10.1038/s41598-023-50541-2 (en anglais seulement)
• Solmundson K, Bowman J, Manseau M, Taylor RS, Keobouasone S, Wilson PJ. 2023. Genomic population structure and inbreeding history of Lake Superior caribou. Ecology and Evolution: https://doi.org/10.1002/ece3.10278 (en anglais seulement)
• Taylor R, Manseau M, Wilson P. 2023. Delineating conservation units should be independent of effective population size. Trends in Ecology and Evolution: https://doi.org/10.1016/j.tree.2023.11.010 (en anglais seulement)
• Taylor R, Manseau M, Keobouasone S, Mastromonaco G, Solmundson K, Kelly A, Larter NC, Gamberg M, Schwantje H, Thacker C, Polfus J, Andrew L, Hervieux D, Simmons D, Wilson PJ. 2024. High genetic load without purging in caribou, a diverse species at risk. Current Biology. https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.02.002 (en anglais seulement)
• Zanin G, Rheault K, Desrochers A, Yin X, Séguin A, Martineau C. 2024. The Poplar Microbiome. In: Porth I, Klápště J, McKown A (eds) The Poplar Genome. Springer International Publishing, Cham, pp 107–123. https://doi.org/10.1007/978-3-031-50787-8_6 (en anglais seulement)