Modélisation et analyses climato-génomiques de la dynamique des populations de plancton dans l'océan global: des communautés aux gènes, impacts des courants marins et du climat.

Modeling and climate-genomic analyses of plankton population dynamics in the global ocean: from communities to genes, impacts of ocean currents and climate.

• Auteur / Autrice : Lucas Pavlovic
• Direction : Olivier Jaillon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génomique métabolique - DRF/JACOB/Génoscope
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université d'Évry Val d'Essonne

Mots clés

Mots clés libres

Plancton

Approche holistique

Analyse climato génomique

Plankton

Holistic approach

Climato-genomic analysis

Résumé

Le plancton est un acteur majeur des écosystèmes marins et du climat terrestre, entre autres à l'origine de la production primaire de matière organique via la photosynthèse soutenant toute la chaîne trophique des océans et la pompe à carbone biologique. Ses communautés sont complexes et composées d'organismes couvrant toutes les branches principales de l'arbre du vivant (bactéries, archaebactéries, eucaryotes unicellulaires et pluricellulaires) ainsi que des virus. Il est essentiellement microscopique. Etant passivement transporté par les courants, le plancton est en permanente recomposition et en interaction avec son environnement biotique et abiotique. Ces phénomènes forment le seascape, récent cadre conceptuel d'étude qui intègre biologie - mécanismes physiques - chimiques dans un contexte de transport lagrangien. La compréhension des mécanismes régulant la composition du plancton, du point de vue fonctionnel, génomique et phylogénétique, est un challenge scientifique dont l'importance s'est accentuée par le contexte de changement climatique. Des travaux récents, dont certains du laboratoire d'accueil, proposent qu'une structuration biogéographique des populations planctoniques est détectable avec des données de génomiques à large échelle et résulterait en partie des propriétés du seascape, en particulier de liens étroits entre les processus physico-chimiques environnementaux (température, apports de nutriments), le transport par les courants mais aussi les propriétés de l'évolution des génomes. En outre, cette structuration semble être aussi régie par les conditions climatiques. Ce doctorat vise à mieux comprendre et modéliser ces liens, il devra donc combiner des notions d'évolution moléculaire, d'océanographie et de climat. Depuis 10 ans, les collectes des expéditions de Tara Oceans fournissent des jeux de données génomiques du plancton et physico-chimiques issues de centaines de sites de tous les océans permettant de tester des théories toujours débattues. Actuellement, la mission Microbiome - AtlantEco est en train de collecter des nouveaux échantillons qui pourront être utilisés dans ce doctorat (https://www.atlanteco.eu/ https://oceans.taraexpeditions.org/m/science/les-actualites/mission-microbiomes-la-nouvelle-expedition-de-tara/ ) Le premier objectif de ce doctorat sera de déterminer des propriétés de dépendances de génomes environnementaux vis à vis de propriétés environnementales et quantifiables par les outils analytiques omics actuels. Pour cela l'étudiant(e) devra dans un premier temps comparer, dans un contexte lagrangien de transport par les courants et de variations environnementales (température, nutriments...), les variations biologiques observées à différents niveaux: composition taxonomique de communautés, répertoire de gènes, transcription, et surtout des évènements de micro-évolution dont des études de polymorphismes géniques (SNPs). A partir de ces résultats, l'étudiant(e) développera des modèles de distribution spatiale et d'écologie qui associent évolution des génomes, changements transcriptionnels et compositionnels avec les propriétés physico-chimiques du seascape. Ces travaux devront affiner les études sur l'impact du changement climatique sur les propriétés omiques du plancton.

Understanding the mechanisms regulating the composition of plankton, from the functional, genomic and phylogenetic point of view, is a scientific challenge whose importance has been accentuated by the context of climate change. Recent works, including some from the host laboratory, propose that a biogeographic structuring of plankton communities is detectable with large-scale genomic data and would result in part from the properties of the seascape, in particular from some close links between environmental physico-chemical processes (temperature, nutrient inputs) and the transport by currents, but also the properties of the evolution of genomes. Moreover, this structuring also seems to be governed by climatic conditions. This PhD aims to better understand and model these bio-physico-chemical relationships; it will therefore combine notions of molecular evolution, oceanography and climate sciences. For the past 10 years, collections from Tara Oceans expeditions have provided genomic plankton and physico-chemical datasets from hundreds of sites in all oceans, making it possible to test theories that are still being debated. Currently, the Microbiome - AtlantEco mission is collecting new samples that can be used in this PhD (https://www.atlanteco.eu/ https://oceans.taraexpeditions.org/m/science/les-actualites/mission-microbiomes-la-nouvelle-expedition-de-tara/ ) . The first objective of this PhD will be to determine dependency properties of environmental genomes on environmental properties that can be quantified by omics analytical tools. To do so, the student will first have to compare, in a Lagrangian context of transport by currents and environmental variations (temperature, nutrients...), the biological variations observed at different levels: taxonomic composition of communities, gene repertoire, transcription, and especially micro-evolution events including gene polymorphism studies (SNPs). Based on these results, the student will develop spatial distribution and ecology models that associate genome evolution, transcriptional and compositional changes with the physico-chemical properties of the seascape. This work will have to refine the studies on the impact of climate change on the omic properties of plankton.