Structure et diversité trophique des producteurs primaires picoeucaryotes dans l'océan global

Structure and trophic diversity of picoeukaryotic primary producers across the global ocean

• Auteur / Autrice : Laura Rubinat-Ripoll
• Direction : Colomban de Vargas, Ramiro Logares, Olivier Jaillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance le 30/01/2020
• 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 : Catherine Boyen
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Raffaele Siano, Susanne Wilken

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabarcoding

Métagénomique

Bactéries phototrophes

Protistes eucaryotes

Productivité primaire (biologie)

Microbiologie marine

Mots clés libres

Producteurs primaires

Eucaryotes microbiens

Mixotrophie

Méta-omiques

Modélisation trophique

Tara Oceans

Primary producers

Microbial eukaryotes

Mixotrophy

Meta-omics

Trophic modeling

Tara Oceans

Résumé

La production primaire est la synthèse de matière organique à partir de molécules inorganiques et, dans la plupart des écosystèmes, elle est réalisée à travers de la photosynthèse. Les microbiens eucaryotes phototrophes et mixotrophes sont les principaux contributeurs à la production primaire dans l'océan oligotrophe global, soutenant les processus de transfert trophique d'énergie et de biomasse à l'échelle planétaire. Malgré la valeur écologique de ces organismes, leur grande diversité taxonomique et fonctionnelle reste largement inconnue. Dans cette thèse, nous utilisons différents types de données moléculaires obtenues à partir de l'expédition circumglobale de Tara Oceans pour évaluer la composition et la diversité trophique des producteurs primaires picoeucaryotes dans l'océan oligotrophique. Dans la première partie de la thèse, nous comparons les données métagénomiques et de métabarcodage pour évaluer la diversité évolutive et l'abondance relative des organismes picophototrophes. Nous avons identifié les bactéries phototrophes comme trois fois plus abondantes et significativement moins phylogénétiquement diversifiées que les picoeukayrotes phototrophes. Les Prymnesiophyceae, Mamiellophyceae, Pelagophyceae et Dictiochophyceae sont apparus comme les groupes dominants de picoeucaryotes phototrophes en termes de richesse relative et d'abondance. Dans le quatrième chapitre, nous décrivons un modèle prédictif pour quantifier l'abondance des groupes trophiques dans les échantillons métagénomiques. Cette approche, qui ne dépend pas de la attribution taxonomique, a révélé la dominance des organismes phototrophes dans tous les bassins océaniques, tandis que la contribution des phagomixo- et phago- trophées oscillait autour de 25% de l'abondance relative dans la plupart des échantillons. Dans la dernière étude incluse dans cette thèse, nous évaluons la distribution d'une collection de single-cell amplified genomes dans les échantillons de Tara Oceans. Nos résultats soutiennent que la technique de séquençage unicellulaire a le potentiel de récupérer le génome des protistes dominants dans l'océan oligotrophique global avec un effort d'échantillonnage relativement modeste. Dans l'ensemble, ce travail décrit un certain nombre d'approches basées sur des données moléculaires pour évaluer la distribution et la diversité des producteurs primaires dans les environnements marins.

Primary production is the synthesis of organic matter out of inorganic molecules, and in most ecosystems is achieved through photosynthesis. Eukaryotic microbial phototrophs and mixotrophs are main contributors to primary production in the global oligotrophic ocean, supporting processes of energy and biomass trophic transfer at a planetary scale. Despite the ecological value of these organisms, their wide taxonomic and functional diversity remains largely unknown. In this thesis, we use different types of molecular data obtained from the Tara Oceans circumglobal expedition to assess the composition and trophic diversity of picoeukaryotic primary producers in the oligotrophic ocean. In the first part of the thesis, we compare metagenomic and metabarcoding data to assess the evolutionary diversity and relative abundance of picophototrophic organisms. We identified phototrophic bacteria as three-fold more abundant and significantly less phylogenetically diverse than phototrophic picoeukayrotes. Prymnesiophyceae, Mamiellophyceae, Pelagophyceae and Dictiochophyceae appeared as the dominant groups of phototrophic picoeukaryotes in terms of relative richness and abundance. In the fourth chapter, we describe a predictive model to quantify the abundance of trophic groups in metagenomic samples. This taxonomy-free approach revealed the dominance of photo-trophic organisms across all ocean basins, while the contribution of phagomixo- and phago-trophs oscillated around 25% of the relative abundance in most samples. In the last study included in this thesis we assess the distribution of a collection of single-cell amplified genomes across all Tara Oceans samples. Our results argue that single-cell sequencing technique has the potential to recover the genome of dominant protists in the global oligotrophic ocean with a relatively low sampling effort. Overall, this work describes a number of approaches based on molecular data for the assessment of primary producers distribution and diversity in marine environments.