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Une prouesse pour l’étude de la vie planctonique


Le laboratoire Genoscope a participé à une entreprise scientifique pionnière en génomique environnementale.
A partir de 280 milliards de petites séquences d’ADN de plancton récolté à travers les océans, les chercheurs ont réussi à reconstituer, au moins partiellement, les génomes de près de 700 espèces eucaryotes. Une première pour des génomes complexes et de grande taille, de surcroît impossibles à cultiver pour la plupart !
L’étude, qui fait la couverture de la revue Cell Genomics du 11 mai 2022, révèle tout un pan de l’arbre de la vie. Elle montre des convergences fonctionnelles entre des lignées évolutivement très éloignées, une nouvelle représentation du vivant.
Lire l'article publié dans Cell Genomics >
Couverture de la revue Cell Genomics - Le plancton Couverture de la revue Cell Genomics - Le plancton

Depuis plus de 10 ans, les échantillons de plancton collectés par l’expédition Tara Oceans à travers les mers du monde délivrent, année après année, leurs lots de découvertes sur ces écosystèmes vitaux pour l’homme, essentiels à la régulation des cycles biogéochimiques de la planète tels que le climat. Le laboratoire Genoscope (CEA/CNRS/Université d’Evry Paris-Saclay) participe à cette grande aventure scientifique, en séquençant et analysant l’ADN présent dans les échantillons de plancton prélevés sur plus des centaines sites géographiques et à différentes profondeurs. La méthode dite de « métagénomique » appliquée par le laboratoire a démontré son potentiel en délivrant les séquences d’ADN des  communautés d’organismes présentes dans les échantillons.

Parmi la diversité des espèces qui composent le plancton, les eucaryotes, organismes complexes munis d’un noyau, vivant essentiellement en surface, représentent une large part. Composés d’organismes unicellulaires, d’animaux microscopiques ou d’algues photosynthétiques, ils participent grandement aux flux de matière, d’énergie, d’oxygène des océans, et donc à l’équilibre des écosystèmes marins tout entiers.

Comparés aux procaryotes, les génomes des eucaryotes sont plus grands et plus complexes et divisés en chromosomes et souvent parsemés de régions non codantes et répétitives. Jusqu’à présent, il n’était pas possible de reconstituer les génomes individuels d’organismes eucaryotes à partir du métagénome global des échantillons d’eau de mer. Les chercheurs d’une équipe internationale pilotée par le CNRS et Genoscope (CEA/CNRS/Université d’Evry Paris-Saclay) a réussi cette performance. Ils ont tiré parti des données massives de séquences issues de près de 800 échantillons métagénomiques, représentant 280 milliards de courtes séquences d’ADN, et de l’exclusion de la plupart des organismes procaryotes grâce au fractionnement par la taille des organismes avec des dispositifs de filtres des échantillons d’eau en place sur le bateau. Ces résultats pionniers font la couverture de la revue Cell Genomics du 11 mai 2022.

From Tara Oceans to Euckaryotic plankton genomicsPrès de 700 génomes d’espèces eucaryotes de plancton ont été ainsi reconstitués, au moins partiellement. Il s’agit là de la plus précise et large représentation de la diversité du plancton eucaryote à ce jour. Les chercheurs ont pu classer ces organismes en 5 groupes fonctionnels, partageant des fonctions biologiques communes, l’un formé par les petits animaux et les quatre autres comprenant tous les organismes unicellulaires. Deux groupes réunissent étonnamment des organismes taxonomiquement très éloignés, ce qui démontre une convergence fonctionnelle pour des espèces qui cohabitent dans les océans depuis des millions d’années et ont développé les mêmes stratégies adaptatives. Ainsi, des fonctions de transport et métabolisme de sucres, peut-être liées à des préférences de proie, sont portées par un groupe de divers grands eucaryotes

Cette étude est un premier grand pas


De nouvelles approches de séquençage ou de meilleurs outils bioinformatiques aideront à progresser encore dans l’assemblage des génomes planctoniques eucaryotes et à mieux explorer leur diversité et les fonctions des gènes, utiles à la compréhension du rôle des océans dans l’équilibre planétaire.

  • En savoir plus sur le plancton

    Placton - Tara Océans

    Le plancton regroupe l’ensemble des organismes aquatiques qui dérivent passivement avec les courants, en ayant des capacités absentes ou limitées de nage à contre-courant. Cela représente des millions d’espèces différentes, depuis les virus, bactéries, organismes unicellulaires, jusqu’aux algues microscopiques, petits crustacés, larves de poissons… Ils constituent la base de la chaîne alimentaire des océans, produisent la moitié de l’oxygène que nous respirons et participent à l’équilibre du climat de la planète.

  • En savoir plus sur la métagénomique

    Quand la génomique ne s’applique pas à un, mais à toute une communauté d’organismes dans son environnement naturel (« méta » génomique), elle découvre un écosystème entier dans toute sa complexité. 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… C’est le cas du plancton océanique prélevé par l’expédition Tara Océans ou encore de notre flore intestinale.

    En alliant séquençage à haut débit et outils bio-informatiques, la méthode révèle des milliers de gènes nouveaux dont on découvre progressivement les fonctions et met au jour des espèces jusqu’alors inconnues. Pour l’expédition Tara Oceans, la métagénomique a permis de découvrir l’univers complexe du plancton, en analysant les fragments d’ADN issus de toute la communauté d’organismes présente dans chaque échantillon d’eau de mer.

    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.

Référence

Functional repertoire convergence of distantly related eukaryotic plankton lineages abundant in the sunlit ocean

Article posté le 8 juin 2022

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