Academic literature on the topic 'Métatranscriptomiques'

Les populations naturelles sont confrontées à des changements environnementaux. Pour y faire face, différentes réponses ont été sélectionnées au cours de l'évolution. Parmi elles se trouvent la plasticité phénotypique et l'adaptation génétique. Etudier les liens existants entre elles est une manière de comprendre les dynamiques des populations et de prévoir leurs réponses à un environnement changeant. Dans la présente étude, je me suis attaché à étudier ces liens à plusieurs échelles (intra- et interspécifique), chez le complexe d'espèces cryptiques de la micro-algue Alexandrium minutum, et ce à la fois in vitro et in situ. En ce qui concerne la plasticité phénotypique, ces deux espèces proches montrent de profondes différences, soulignant les liens entre divergence génétique et écologique. Au niveau intraspécifique, il apparaît que face à des variations de facteurs abiotiques, les populations ajustent les niveaux d'expression de certains gènes (notamment impliqués dans des fonctions de motilité et d'interactions intercellulaires dans des environnements froids à faible salinité). D'autre part, les populations montrent de la différentiation génétique à la fois à faible échelle spatiale, au cours du temps, et lorsque la communauté change. Pour conclure, il existe une interaction directe entre divergence génétique et changements d'expression de gènes. En plus de poser de nombreuses questions quant aux capacités de réponse des populations, ces résultats soulignent comment plasticité phénotypique et changements génétique sont liés et interagissent. Ils offrent une perspective nouvelle sur les mécanismes qui sous-tendent les réponses des populations à leur environnement<br>Natural populations face environmental changes. In this context, different responses were evolutionnary selected. Among them are phenotypic plasticity and genetic adaptation. Studying the links between these two types of response is a way to understand population dynamics and to predict how they may respond to a changing environment. In the present Ph.D thesis, I focused on studying these links at several scales (intra- and interspecific), in the cryptic species complex of the microalga Alexandrium minutum, both in vitro and in situ. With respect to phenotypic plasticity, these two closely related species show profound differences, highlighting the links between genetic and ecological divergence. At the intraspecific level, it appears that, when facing abiotic factors variations, populations adjust the expression levels of certain genes (notably involved in motility related functions and intercellular interactions under low-salinity and cold environments). On the other hand, populations show genetic differentiation at both small spatial scale, over time, and when the community changes. To conclude, there is a direct interaction between genetic divergence and changes in gene expression. In addition to asking many questions about the response capabilities of populations, these results highlight how phenotypic plasticity and genetic changes are linked and interact. They offer new perspectives on the mechanisms underlying population responses to their environment

Les picoeucaryotes photosynthétiques (PPE) sont abondants dans tous les océans et constituent une part importante de la biomasse et de la production primaire. Les modèles climatiques prédisent une extension des zones oligotrophes dans les prochaines décennies ce qui pourrait fortement augmenter l'abondance et l'impact écologique des PPE. Parmi eux, la microalgue Pelagomonas calceolata (Stramenopiles/Pelagophyceae) est très largement répandue dans les océans (Worden et al., 2012) mais son rôle dans le cycle du carbone et son impact sur la chaine trophique restent méconnus (Dupont et al., 2015). Des analyses in situ et in vitro suggèrent que P. calceolata peut s'adapter aux variations environnementales grâce à une importante capacité de modulation de l'expression des gènes (Carradec et al., 2018 ; Dimier et al., 2009). L'objectif de cette thèse est de comprendre comment P. calceolata s'adapte aux variations environnementales des nombreux milieux qu'elle occupe. Dans le premier chapitre, le génome de P. calceolata est assemblé annoté puis comparé à ceux des autres PPEs. Grâce aux données de métagénomiques et métatranscriptomiques issues de l'expédition Tara Oceans, la biogéographie et de l'activité transcriptomique de P. calceolata dans les différentes conditions environnementales a permis de mieux comprendre la distribution présente et future de cette algue, et les gènes impliqués dans son succès écologique (Guérin et al 2022). Dans le deuxième chapitre, nous nous sommes particulièrement intéressés aux capacités d'acclimatation de P. calceolata face aux changements de quantité et de source d'azote. Les gènes différentiellement exprimés (DEG) chez P. calceolata en fonction de la concentration en nitrate dans les échantillons Tara Oceans ont été comparés avec ceux identifiés lors d'expériences de croissance en conditions contrôlées. P. calceolata a été cultivé dans des milieux déplétés en nitrate ou dans lesquelles le nitrate a été remplacé par de l'ammonium, de l'urée ou du cyanate. La comparaison des DEG issus du laboratoire avec ceux issus des données environnementales permet de mieux comprendre le métabolisme de cette microalgue face au manque de nitrate, quels mécanismes sont mis en place dans l'environnement pour faire face à la variabilité de la disponibilité du nitrate, notamment par sa capacité à utiliser des sources d'azote organique. Dans le troisième chapitre, nous avons voulu mieux comprendre comment la profondeur impacte la physiologie de P. calceolata. En effet, on retrouve P. calceolata dans des échantillons d'eaux provenant de la surface et au moins jusqu'à 200m de profondeur. Nous avons constaté que la profondeur d'échantillonnage impactait fortement l'expression des gènes de P. calceolata impliqués dans la photorespiration et dans les mécanismes de concentration du carbone. Lors de cette thèse de doctorat, la caractérisation des capacités d'adaptation de P. calceolata a permis de mieux comprendre comment la régulation transcriptomique lui permet d'être cosmopolite, et montre que cette microalgue peut servir d'organisme modèle grâce à la possibilité de l'étudier simultanément en laboratoire et dans des données multi-omiques environnementales<br>Photosynthetic picoeukaryotes (PPE) are abundant in all oceans and represent a significant proportion of biomass and primary production. Climate models predict an extension of oligotrophic areas in the following decades, which could greatly increase the abundance and ecological impact of PPEs. Among them, the microalga Pelagomonas calceolata (Stramenopiles/Pelagophyceae) is widely distributed in the oceans (Worden et al., 2012) but its role in the carbon cycle and its impact on the trophic chain remain poorly characterised (Dupont et al., 2015). In situ and in vitro analyses suggest that P. calceolata can adapt to environmental variations thanks to a significant capacity to modulate gene expression (Carradec et al., 2018; Dimier et al., 2009). The aim of this thesis is to understand how P. calceolata adapts to environmental variations in the many environments it lives in. In the first chapter, the P. calceolata genome is assembled, annotated and compared with those of other PPEs. Thanks to metagenomic and metatranscriptomic data from the Tara Oceans expedition, the biogeography and transcriptomic activity of P. calceolata under different environmental conditions has provided a better understanding of the present and future distribution of this alga, and the genes involved in its ecological success (Guérin et al 2022). In the second chapter, we focused on the acclimatisation habilites of P. calceolata to changing nitrogen quantities and sources. Differentially expressed genes (DEGs) in P. calceolata as a function of nitrate concentration in Tara Oceans samples were compared with those identified during growth experiments under controlled conditions. P. calceolata was grown in media depleted in nitrate or in which nitrate was replaced by ammonium, urea or cyanate. The comparison of DEGs obtained in the laboratory with those obtained from environmental data provides a better understanding of the metabolism of this microalga in the face of nitrate shortage, and of the mechanisms put in place in the environment to cope with variability in nitrate availability, in particular through its ability to use organic nitrogen sources. In the third chapter, we aimed to better understand how depth affects the physiology of P. calceolata. P. calceolata is found in water samples from the surface down to a depth of at least 200m. We found that sampling depth had a strong impact on the expression of P. calceolata genes involved in photorespiration and carbon concentration mechanisms. During this PhD thesis, the characterisation of the adaptive capacities of P. calceolata led to a better understanding of how transcriptomic regulation enables it to be cosmopolitan, and shows that this microalga can be used as a model organism thanks to the possibility of studying it simultaneously in the laboratory and in environmental multi-omics data

Le sol est essentiel à toute société humaine notamment pour la production d'aliments. Son fonctionnement repose sur des réseaux d'interactions entre les éléments qui le composent et toute perturbation modifie ces réseaux. Les microorganismes eucaryotes représentent une composante importante de l'écosystème édaphique car ils sont impliqués dans des processus essentiels comme la régulation de populations de procaryotes. Mais paradoxalement, ils restent peu étudiés comparés aux bactéries notamment lorsqu'on s'intéresse aux cycles biogéochimiques autres que celui du carbone comme par exemple ceux des métaux. Suite à une pollution par des métaux, certains de ces microorganismes eucaryotes développent des mécanismes « de résistance » cellulaires. Dans ce contexte, le laboratoire d'accueil a isolé, directement à partir d'extraits d'ARN de sol, des gènes eucaryotes impliqués dans la résistance cellulaire au Cd. Ces nouveaux gènes forment une famille codant des protéines riches en cystéines dont les positions sont conservées au sein de cette famille. Mon projet de thèse a eu pour but de caractériser l'origine taxonomique et la fonction de cette famille de gènes. Dans un premier temps, la purification de cinq de ces protéines produites dans Escherichia coli et leurs caractérisations biochimiques par des méthodes spectrométriques ont permis de montrer que cette famille génique constitue une nouvelle famille de métallothionéines capables de chélater in vitro le Zn, le Cu et le Cd. Dans un second temps, une méthode de quantification par PCR quantitative de l'expression de ces gènes, extraits à partir de sol provenant de microcosmes, a été mise au point. Dans un troisième temps, nous avons tenté d'obtenir les régions génomiques bordant ces gènes environnementaux afin d'affilier les organismes qui les portent à un groupe taxonomique et d'analyser les régions promotrices de ces gènes par capture ciblée de gènes<br>Soil is essential to human societies, especially for food production. Its functioning relies on interaction networks sensitive to environmental alterations. Eukaryotic microorganisms are an important component of the soil ecosystem where they are involved in essential processes such as the regulation of prokaryotic populations. However, they remain poorly studied compared to bacteria, especially concerning their roles in biogeochemical cycles other than the carbon one such as metal cycles. In response to soil metal contamination, some of these eukaryotic microorganisms develop cellular "resistance" mechanisms. In this context, the host laboratory has previously isolated, directly from soils, eukaryotic genes able to confer Cd resistance. These genes form a family coding for cysteine-rich proteins whose cysteine positions are conserved within this sequences. My thesis project aimed at characterizing the function and taxonomic origin of this gene family. First, the purification of five of these proteins produced in Escherichia coli and their biochemical characterizations by spectrometric methods demonstrated that this gene family constitutes a new family of metallothioneins capable of chelating in vitro Zn, Cu and Cd. Some of these proteins are also able to confer Zn resistance when expressed in a sensitive yeast strain. In a second step, quantitative PCR methods for measuring expression levels of these genes in soil microcosms were developed. This will allow to evaluate the level of expression of these genes as a function of an increasing supply of exogenous metal. In a third step, we tried to obtain the genomic regions flanking these environmental genes in order to be able to associate the organisms from which they originate to a taxonomic group and to analyze the promoter regions of these genes using targeted capture

Ectocarpus dépend de bactéries associées pour croitre en eau douce, ce qui souligne l'importance de l'holobionte lors de stress abiotique. Le but de ma thèse est d'élucider les mécanismes moléculaires qui sous-tendent ce phénomène. Les expériences de co-culture ciblées nécessitent des organismes cultivables. Par conséquent, j'ai caractérisé 388 bactéries associées à Ectocarpus, réparties en 33 genres. Aucune des bactéries cultivées testées n'a eu d'effet bénéfique sur la croissance des algues dans l'eau douce. J'ai continué à travailler avec des holobionts, traités aux antibiotiques doux, qui différaient dans leur réponse à l'eau douce. Le métatranscriptome/métabolome de ces holobionts ont été analysés pendant l'acclimatation. L'analyse approfondie est en cours, mais les premières indications indiquent un changement dans le microbiome en ce qui concerne l'assimilation de l'azote et la virulence. Concomitamment et complémentaire à ce qui précède, les interactions algues/bactéries potentiellement bénéfiques ont été prédites in silico à l'aide d'une analyse de réseau métabolique et les prédictions ont été vérifiées expérimentalement à l'aide de co-cultures. Ensemble, ces résultats contribuent à mieux comprendre comment l'holobiont d'Ectocarpus réagit au stress abiotique et surtout comment les bactéries sont impliquées dans ce processus<br>Ectocarpus subulatus depends on its associated bacteria for growth in fresh water, which stresses the significance of the “holobiont” during abiotic stress. The aim of my thesis is to elucidate the molecular mechanisms that underlie this phenomenon. Targeted co-culture experiments require cultivable organisms. Therefore, I have cultivated and characterized 388 Ectocarpus-associated bacteria, which belong to 33 different genera. None of the cultivated bacteria tested had a beneficial effect on algal growth in fresh water. For functional studies, I continued to work with mild antibiotic-treated holobionts that differed in their response to fresh water. The metatranscriptome and metabolome of these holobionts were analyzed during acclimation. In-depth analysis is ongoing, but first indications point towards a change in the microbiome regarding nitrogen assimilation and virulence. In parallel and complementary to the above, potentially beneficial algal-bacterial cross-talk was predicted in silico using metabolic network analysis on a subset of cultivated bacteria, and the predictions were experimentally verified using co-culture experiments. Together, these results contribute to a better understanding of how the Ectocarpus holobiont responds during abiotic stress and especially how bacteria are involved in this process