Une équipe du laboratoire de Génomique métabolique (Genoscope - CEA/CNRS/Université d’Evry) a mis au point une méthode bio-informatique d’analyse génomique environnementale capable de repérer les espèces et associations d’espèces. Appliquée aux données de l’expédition Tara Oceans, elle ouvre l’accès aux fonctions biologiques et au rôle écologique des espèces eucaryotes de plancton océanique. Ces travaux ont été publiés dans la revue Genome Research.

La métagénomique permet d’étudier, de manière globale et en une seule analyse, l’ADN de tous les micro-organismes présents dans un milieu comme l’eau, le sol, notre propre corps... Pour l’expédition Tara Oceans, elle a permis de découvrir l’univers complexe du plancton, en analysant toute la communauté d’organismes présente dans chaque échantillon d’eau de mer. La métagénomique a ainsi révélé la richesse du monde planctonique et révélé des millions de gènes dont on découvre progressivement les fonctions.
- Lire la synthèse des résultats 2015 et 2018 dévoilés par Tara Oceans

Cependant, en analysant globalement l’ADN, une telle approche rend difficile l’identification et l’étude individuelle des espèces présentes, notamment pour les génomes complexes de grande taille comme ceux des espèces eucaryotes.

Identifier les gènes d’organismes individuels ou associés

Les chercheurs du laboratoire de Génomique métabolique ont mis au point une méthode bio-informatique qui permet d’identifier dans ce pool de gènes ceux qui appartiennent soit au même organisme, soit à des organismes intimement liés entre eux (parasite et son hôte, organismes symbiotiques…), en croisant données de métagénomique et de métatranscriptomique (ensemble des gènes transcrits, c’est-à-dire réellement exprimés par la communauté d’organismes). La méthode repose sur la quantification de l’abondance des gènes dans les échantillons. En effet, pour une espèce donnée, chacun de ces gènes varie en abondance en quantité équivalente entre plusieurs échantillons.
En étudiant le profil d’abondance des gènes, on parvient à rassembler ceux présents en même quantité et repérer ainsi l’ensemble des gènes d’un même organisme ou d’une association d’organismes.

Les chercheurs ont appliqué la méthode à un ensemble de plus de 37 millions de gènes identifiés à partir de 365 échantillons provenant de l’expédition Tara Oceans. Ils ont ainsi identifié plus de 900 groupes de gènes représentant des transcriptomes complets ou partiels d’organismes. Accéder à ces organismes, dont certains ne sont pas encore décrits, permet d’étudier leur biologie ainsi que leur rôle écologique. Les chercheurs projettent de s’intéresser aux cycles biogéochimiques majeurs comme le cycle du soufre, de l’azote, du phosphore...

Vers l’exploration biologique des données

Ils ont ainsi déjà découvert des organismes, notamment des microalgues du groupe des Chloropicon, qui produisent une enzyme clé du cycle du soufre. Elles métabolisent dans l’eau le DMSP (diméthyl sulfono-propionate), transformé dans l’atmosphère en un composé impliqué dans la formation des nuages. D’autres interactions océan – atmosphère – climat seront bientôt explorées. Une symbiose entre une cyanobactérie fixatrice d’azote et une algue unicellulaire, pour laquelle il n’existait jusqu’à présent aucune donnée génomique, a également été révélée par la méthode.

Filets de prélèvement
© V. Hilaire Tara Expeditions

Grâce à cette approche, une porte s’ouvre vers de nouvelles voies d’exploration des multiples données du projet Tara Oceans.

Référence :
Transcriptome reconstruction and functional analysis of eukaryotic marine plankton communities via high-throughput metagenomics and metatranscriptomics. Genome Research (2020).
doi : 10.1101/gr.253070.119