Diversité génétique, génomique et fonctionnelle de Lactococcus lactis

Genetic, genomic and functional diversity of Lactococcus lactis

• Auteur / Autrice : Delphine Passerini
• Direction : Muriel Cocaign-Bousquet, Marie-Line Daveran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie Microbienne et Enzymatique
• Date : Soutenance le 03/11/2011
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'ingénierie des systèmes biologiques et des procédés (Toulouse)
• Jury : Président / Présidente : Nic Lindley
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muriel Cocaign-Bousquet, Marie-Line Daveran, Emmanuel Jamet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-christine Champomier-Verges, Nathalie Leblond-Bourget

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adaptation (biologie)

Variabilité génétique

Phylogénie

Génomique

Mots clés libres

Lactococcus lactis

Biovar Diacetylactis

Diversité

Phylogénie

Adaptation

Génomique fonctionnelle

Lactococcus lactis

Biovar Diacetylactis

Diversity

Phylogeny

Adaptation

Functional genomic

Résumé

Lactococcus lactis est une espèce appartenant au groupe des bactéries lactiques, largement utilisées dans l’industrie pour leur capacité à produire de l’acide lactique au cours de la fabrication des produits laitiers fermentés. L’étude de la diversité globale de L. lactis ssp. lactis a été entreprise par l’intégration de données biologiques obtenues à partir d’analyses génétiques, génomiques, physiologiques, transcriptomiques et métaboliques. L’accès à la phylogénie de l’espèce par l’étude de la variabilité génétique du génome cœur par MLST (MultiLocus Sequence Typing) a permis de décrire deux groupes de souches : les souches environnementales, génétiquement très diverses, isolées de laits crus, de plantes ou d’animaux et les souches domestiquées, génétiquement très proches, isolées des levains utilisés dans l’industrie laitière. Malgré la perte de diversité génétique observée dans les souches domestiquées probablement associée à un processus de spécialisation à un environnement technologique, l’approche intégrative a permis de montrer que ce groupe présente une diversité génomique et fonctionnelle aussi importante que les souches environnementales. L’investigation des génomes de la sous-espèce lactis par la mesure de la taille des chromosomes et la caractérisation en nombre et en taille du contenu plasmidique, a révélé une variabilité de plus de 300 kb en capacité de codage génétique des souches domestiquées et environnementales. D’autre part, les souches domestiquées appartenant au biovar Diacetylactis ont montré des physiologies et des régulations métaboliques différentes, résultant en une production d’arômes de type diacetyl ou acétoïne variable selon la souche. Enfin, le séquençage du génome de la souche environnementale A12 isolée d’un levain de panification, et sa comparaison avec les 4 génomes actuellement séquencés de L. lactis a révélé un pangénome (ensemble des gènes de l’espèce) étendu, montrant que cette espèce offre un grand réservoir de diversité. Environ 20 % des gènes spécifiques de souches ont été mis en évidence témoignant des grandes capacités adaptatives de la sous-espèce. L’étude approfondie de la souche A12 par une analyse transcriptomique a permis de rendre compte des mécanismes impliqués dans l’adaptation d’une souche à un écosystème complexe

The Lactococcus lactis species belong to lactic acid bacteria group widely used for their ability to produce lactic acid in fermented dairy products. The study of the global diversity of L. lactis ssp. lactis was carry out by the integration of biological data obtained from genetic, genomic, physiological, transcriptomic and metabolic analyses. The genetic variability investigated by MLST (MultiLocus Sequence Typing) describe two strains groups according to their phylogeny : the “environmental” strains, displaying high genetic diversity and isolated from different natural environments such as raw milks, plants and animals and the “domesticated” strains, genetically closely related, isolated from starters in dairy industries. Despite the lost of genetic diversity in domesticated strains, probably associated to a specialisation process, the integrative approach showed a genomic and functional diversity as huge as in environmental strains. The characterization of chromosome size and plasmidic content of the lactis subspecies revealed a variation higher than 300 kb in genetic coding capacity for domesticated and environmental strains. Moreover, the domesticated strains belonging to the biovar Diacetylactis showed different physiologies and metabolic regulations resulting in variable amount of aroma produced according to the strains. Finally, the genome sequencing of the A12 strain isolated from sourdough bread and its comparison with 4 other L. lactis genomes already sequenced revealed a spread pangenome (all the genes of a species). Approximately 20 % of each genome correspond to strain specific genes, showing large adaptive capacities of the subspecies. The in-depth study of the A12 strain by transcriptomic analysis allows to highlight mechanisms involved in the adaptation of a strain to a complex ecosystem