Dynamique de la structure des génomes et de leur biogéographie dans l'océan : analyses comparatives des données métagénomiques du projet tara Oceans pour l'étude de la microalgue Bathycoccus et des communautés planctoniques globales

Informations générales
Nom
Vannier
Prénom
Thomas
Diplôme
Thèse
Année
2017
Détails de la thèse/HDR
Jury
Fabrice Not
Gwenaël Piganeau
Michaël Dubow
Pascal Hingamp
Pierre Peterlongo
Directeur (pour les thèses)
Olivier Jaillon
Patrick Wincker
Résumé en français
Le plancton représente l’ensemble des organismes qui dérivent le long des courants
marins. Par sa partie phytoplancton, il produit autant d’oxygène que toutes les plantes
terrestres et est, à travers le cycle du carbone, un important régulateur de la machine
climatique ainsi que de l’acidité des océans. De plus, il est à la base de la chaîne alimentaire.
L’écosystème planctonique joue donc un rôle important dans les équilibres nécessaires à la vie
sur Terre. Pourtant, celui-ci reste peu connu. Avec le développement du séquençage haut débit
et de la métagénomique, il est maintenant possible d’étudier les séquences d’ADN des microorganismes
présents dans des échantillons issus de l’océan. Le projet Tara Oceans (2009-2012)
est la première expédition à avoir réalisé une collecte et un séquençage des micro-organismes
planctoniques présents dans les eaux de surface à l’échelle de la planète tout en intégrant des
mesures environnementales.
Cette thèse consiste à étudier l’organisation génomique de l’écosystème planctonique dans les
eaux océaniques de surface. Pour cela, il a été utilisé les séquences d’ADN de 644 échantillons
métagénomiques correspondant à 6 fractions de taille d’organisme planctonique, allant des
virus aux petits métazoaires, ainsi que les données environnementales des 113 stations Tara
Oceans correspondantes. L’objectif étant de mieux comprendre dans quelle mesure les facteurs
océaniques impactent la dynamique de la structure des génomes et de leur biogéographie dans
l’océan.
L’étude de la diversité génomique et spatiale du phytoplancton Bathycoccus prasinos a été
réalisée à partir des séquences du génome de référence et d’une partie d’un second génome
obtenu lors de l’expédition par une méthode d’amplification à cellule unique (SAG). La
comparaison de ces deux génomes partageant la même séquence de l’ARNr 18S a révélé qu’il
s’agissait de deux espèces distinctes de Bathycoccus. Une analyse de métagénomique ciblée a
permis de décrire la biogéographie de ces deux écotypes qui sont présents dans des
environnements différents. Enfin, cette analyse a révélé une variabilité du contenu en gènes
dans les différents échantillons ce qui induit une grande plasticité génomique au sein d’une
même espèce.
Il est nécessaire de passer a un niveau global pour étudier l’organisation des communautés
planctoniques dans les océans. La métagénomique comparative sur l’ensemble des échantillons
Tara Oceans et sur les différentes fractions de tailles d’organismes permet ce passage à large
échelle. L’évaluation de l’outil Compareads permettant de connaître la similarité en lectures
entre deux jeux de données métagénomiques a été réalisée sur une partie des échantillons du
projet Tara Oceans. Cette analyse a montré qu’il était possible avec les données
métagénomiques d’étudier les modifications de la diversité génomique des communautés
micro-planctoniques dans différents océans. L’analyse de la variabilité génomique le long de
grands courants océaniques est alors envisageable. Un travail collaboratif pour l’amélioration
de Compareads a permis le développement de l’outil COMMET qui, associé à des super
calculateurs permet de réaliser les comparaisons de l’ensemble des échantillons Tara Oceans.
Avec une heuristique similaire, le calcul de distances de diversité beta entre les échantillons
métagénomiques a permis de proposer la première biogéographie des communautés virales,
bactériennes et eucaryotes. Il a été démontré que les courants océaniques et les variations
physico-chimiques ont un impact différent sur l’organisation génomique des communautés
micro-planctoniques qui serait plus ou moins important selon l’échelle de temps et la taille des
micro-organismes.