Développement d'une approche innovante de génomique sur cellules uniques et application aux communautés bactériennes du sol

Elaboration of innovative single-cell genomics approach and application to soil bacterial communities

• Auteur / Autrice : Solène Mauger
• Direction : Philippe Vandenkoornhuyse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie, évolution
• Date : Soutenance le 22/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Rennes (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie, Géosciences, Agronomie, Alimentation (Rennes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecosystèmes, Biodiversité, Evolution (Rennes ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Mougel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Hacquard, Cécile Monard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lucie Bittner, Graeme W. Nicol
• DOI : 10.70675/9573e2e9zb2bbz45c3z8617z3b3c131fceee

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols -- Microbiologie

Métagénomique

Analyse en cellule unique

Écologie microbienne

Mots clés libres

Écologie microbienne

Génomique

Cellule unique

Microbial ecology

Genomics

Single-cell

Résumé

Le séquençage du génome entier d'une seule cellule (scWGS) pour étudier les bactéries s'est développé ces dernières années. Les microbiologistes sont particulièrement intéressés par cette approche pour accéder à l'échelle de la population de l'organisation des bactéries et évaluer le potentiel d'évolution et d'interaction de ces structures bactériennes. Le scWGS devrait également accélérer la découverte de bactéries inconnues et fournir un contenu génomique plus précis que la métagénomique traditionnellement utilisée, qui n'est pas adaptée à la description des communautés bactériennes à des échelles organisationnelles fines. Dans la pratique, les scWGS sont peu utilisés en raison de leurs limites en termes de coût, d'équipement nécessaire, de temps de manipulation long et de génomes récupérés partiels et contaminés. J’ai développé une préparation de librairies génomique unicellulaire afin de proposer une approche facile à utiliser avec un coût limité et discute ses possibles améliorations futures. Pour compenser le manque de procédures de décontamination universelles pour de tels jeux de données, un pipeline de décontamination automatisé a été développé et permet l'unification du traitement des données unicellulaires. Je démontre, sur des souches bactériennes pures et environnementales, la nécessité d'une procédure de décontamination systématique et souligne les avantages du scWGS par rapport à la métagénomique. Enfin, je discute des perspectives techniques et écologiques que cette approche a à offrir à la microbiologie.

The development of single-cell whole genome sequencing (scWGS) to study bacteria has grown in recent years. Microbiologists are particularly interested in this approach to access the population scale of bacteria organisation and evaluate the potential of these bacterial structures to evolve and interact. scWGS is also expected to accelerate the discovery of unknown bacteria and to provide more accurate genome content than the traditionally used metagenomics which is not suited for bacterial community description at fine organisational scales. In practice, scWGS are timidly used for their limitations regarding their cost, equipment requirements, long handling time, and partial and contaminated recovered genomes. Here, I developed an improved single-cell genomic library preparation to propose an easy-to-use approach with limited cost and discuss its possible future improvements. To compensate for the lack of universal decontamination procedures for such datasets, an automated decontamination pipeline was developed and allows the unification of single-cell data handling. I demonstrate, on pure and environmental bacterial strains, the necessity for systematic decontamination procedure and highlight the advantages of scWGS compared to metagenomics. Finally, I discuss the technical and ecological perspectives that single-cell omics have to offer to microbiology.