Étude des bases moléculaires de l’adaptation et de l’acclimatation aux changements environnementaux chez les picocyanobactéries marines, des organismes clés du phytoplancton

Study of the molecular basis of adaptation and acclimation to environmental changes in marine picocyanobacteria, key phytoplankton organisms

• Auteur / Autrice : Ulysse Guyet
• Direction : Laurence Garczarek
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie microbienne
• Date : Soutenance le 29/06/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Adaptation et diversité en milieu marin (Roscoff, Finistère ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Julia Morales
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Damien Eveillard, Géraldine Jean
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : José Manuel García-Fernández, Éric Pelletier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métagénomique

Génomique comparative

Cyanobactéries

Mots clés libres

Picocyanobactéries marines

Génomique comparative

Métagénomique

Transcriptomique

Diversité fonctionnelle

Écologie microbienne

Marine picocyanobacteria

Comparative genomics

Metagenomics

Transcriptomics

Functional diversity

Microbial ecology

Résumé

Les deux picocyanobactéries marines Prochlorococcus et Synechococcus sont les organismes photosynthétiques les plus abondants de la planète, leur vaste distribution étant sans doute liée à leur importante diversité génomique. La première partie de mon travail a consisté à étudier les bases génétiques de l'adaptation de ces organismes à des niches écologiques distinctes et a révélé, en comparant 81 génomes de ces deux genres, le rôle des gains/pertes de gènes et des variations des séquences nucléotidiques dans la diversification de ces organismes. Une deuxième partie a consisté en l'analyse des réponses physiologiques d'une souche modèle de Synechococcus (WH7803) et de quatre autres souches représentatives des écotypes dominants in situ (clades I à IV) à divers stress environnementaux, afin d'identifier les gènes impliqués dans les réponses spécifiques ou communes à ces différents stress et/ou écotypes. Enfin, la dernière partie de ma thèse a visé à identifier la distribution de l’ensemble des gènes de picocyanobactéries dans l'océan mondial et à la relier aux paramètres environnementaux et à la distribution des écotypes, ce qui a permis de mettre en évidence les répertoires de gènes spécifiques de niches et/ou d’écotypes. L’intégration de ces résultats m’a permis de mieux comprendre les mécanismes d'adaptation et d'acclimatation, qui ont permis aux picocyanobactéries de coloniser la quasi-totalité des niches écologiques éclairées des océans.

The two marine picocyanobacteria Prochlorococcus and Synechococcus are the most abundant photosynthetic organisms on the planet, their wide distribution being probably linked to their large genomic diversity. The first part of my work has consisted in studying the genetic bases of the adaptation of these organisms to distinct ecological niches and revealed, by comparing 81 genomes of these two genera, the role of gene gains/losses and variations in nucleotide sequences in the diversification of these organisms. A second part has consisted in the analysis of the physiological responses of a Synechococcus model strain (WH7803) and of four other strains, representative of the dominant ecotypes in the field (clades I to IV), to various environmental factors in order to identify the genes that are involved in specific or common responses to these different stresses and/or ecotypes. Finally, the last part of my thesis aimed at identifying the distribution of all picocyanobacterial genes in the world ocean and to link it to environmental parameters and to the distribution of ecotypes, which made it possible to highlight the gene repertoires specific of niches and/or ecotypes. The integration of these results led me to get a better understanding of the adaptation and acclimation mechanisms, which allowed marine picocyanobacteria to colonize virtually all lit ecological niches of the oceans.