Les espèces eucaryotes non cultivées du plancton révèlent enfin leurs secrets

Publié par Isabelle le 03/05/2022 à 13:00
Source: CNRS INEE
À partir de données de séquençage massif d'ADN récolté à la surface des océans et des mers (expéditions Tara Oceans), et après plus de 10 années de labeur, une équipe internationale pilotée par des chercheurs du CNRS et du CEA-Genoscope a résolu un des plus grands puzzles de la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) environnementale. En effet, l'équipe a réussi à unir près de 300 milliards de petits fragments d'ADN du plancton (Homère désignait les animaux errant à la surface des flots par plankton, du grec...) pour reconstruire des centaines de génomes eucaryotes qui échappaient aux approches classiques de culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :). Cette étude, qui a permis de révéler des secrets de nombreuses espèces primordiales pour l'écosystème océanique global et de mettre en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) le lien complexe entre évolution et capacité fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions....) des eucaryotes unicellulaires, mise en ligne le 28 avril dans la revue Cell Genomics.


Illustration de la ressource génomique du plancton eucaryote abondant à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) des océans (arbre évolutif: Tom Delmont et Morgan Gaia; images de plancton: Noan Le Bescot).

Les micro-organismes eucaryotes sont très abondants à la surface des océans. Ils y exercent une influence considérable dans les cycles biogéochimiques et le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une...) mondial. Ces organismes incluent des lignées bien connues comme certaines algues vertes et diatomées, mais aussi une majorité d'espèces non décrites. En effet, l'énorme diversité du plancton eucaryote est en majeure partie récalcitrante à la culture (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses...) en laboratoire, limitant notre compréhension des fonctions de ces organismes. Une caractérisation génomique sans culture pourrait nous permettre de mieux comprendre leur évolution et traits fonctionnels, le rôle des espèces clés dans les cycles biogéochimiques, ou encore leur capacité de résilience face au changement climatique. Pour cela, il fallait résoudre l'un des plus grands puzzles de génomique environnementale de notre époque: reconstruire les génomes de grande taille des espèces eucaryotes à partir des millions de fragments d'ADN obtenus par séquençage (En biochimie, le séquençage consiste à déterminer l'ordre linéaire des...) du planctoniques. Jusque-là, la communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) utilisait principalement cette approche sur les microorganismes dont les structures génomiques sont beaucoup plus simples: les bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) et virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise...).

Une étude publiée dans Cell Genomics surprend la communauté scientifique en décrivant un premier succès notable dans la caractérisation génomique des eucaryotes à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...) sans passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) par la culture, révélant dans le même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) une surprise quant à leurs capacités fonctionnelles. Les chercheurs ont utilisé près de 300 milliards de séquences courtes d'ADN, l'équivalent de 10,000 génomes humains, produites au fil des ans au Genoscope à partir d'échantillons de surface de l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...) planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire...) collectés lors des expéditions Tara Oceans, et ont réussi à reconstruire des centaines de génomes d'espèces eucaryotes abondantes dans le plancton. Cette ressource inclut notamment le plus gros génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une...) caractérisé à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) pour le plancton (plus d'un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent...) de nucléotides), couronnant le succès de cette approche environnementale. Elle inclut aussi de nombreuses branches de l'arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en...) du vivant jusque-là inconnues. Si une luciole éclairait chaque génome connu dans l'arbre du vivant, nous aurions grâce à cette étude un arbre décoré de nombreuses nouvelles branches lumineuses.

Les chercheurs ont analysé la distribution des nouveaux génomes à la surface des océans. Certains ne sont détectés que dans l'océan Austral (L'océan Austral ou océan Antarctique ou océan glacial Antarctique est l'étendue d'eau qui...), d'autres dans l'océan Indien (L’océan Indien s'étend sur une surface de 75 000 000 km². Il est limité au nord...), et ainsi de suite, révélant une sorte d'Atlas à la précision des génomes reconstruits. Ils ont ensuite identifié 10 millions de gènes dans ces génomes, et ont pu définir quatre grand groupes d'eucaryotes basé sur leur profil fonctionnel. Etonnamment, cette approche a révélé des convergences fonctionnelles entre des lignées très éloignées dans l'évolution du vivant. En d'autres termes, il apparaît grâce à la génomique environnementale à grande échelle que des espèces qui ne partagent pas d'ancêtres communs récents, comme les algues vertes et les diatomées, contiennent pourtant de nombreuses fonctions génétiques similaires. L'évolution des eucaryotes unicellulaires marins est aussi complexe que passionnante.

Ces données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) et résultats forment une avancée pionnière et une base de référence, mais ne représentent qu'une petite partie du plancton qui cache encore bien des secrets. La décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix »...) à venir verra certainement une révolution de notre compréhension des organismes eucaryotes environnementaux, portée par les approches génomiques sans passer par la culture.

Laboratoires CNRS impliqués:
- Global Ocean Systems Ecology and Evolution (FR 2022 GOSEE, Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) Michel-Ange (Michelangelo di Lodovico Buonarroti Simoni dit, en français, Michel-Ange (né le...)
- Génomique Métabolique (GM - CNRS / CEA / Univ. d'Evry-Val-d'Essone)
- Station Biologique de Roscoff (Roscoff est une commune du département du Finistère, en région Bretagne, en France....) (SBR - CNRS / Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du...) Université)
- Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de Biologie de l'ENS, Département de Biologie (Ecole Normale Supérieure / CNRS / INSERM / Universite ́ PSL)
- Adaptation et diversité en milieu marin (AD2M - CNRS / Sorbonne Université)

Référence:
Tom O. Delmont, Morgan Gaia, Damien D. Hinsinger, Paul Fremont, Chiara Vanni, Antonio Fernandez Guerra, A. Murat Eren, Artem Kourlaiev, Leo d'Agata, Quentin Clayssen, Emilie Villar, Karine Labadie, Corinne Cruaud, Julie Poulain, Corinne Da Silva, Marc Wessner, Benjamin Noel (NOEL est l'acronyme qui désigne une unité de mesure utilisée en toxicologie et...), Jean-Marc Aury, Tara Oceans Coordinators, Colomban de Vargas, Chris Bowler, Eric Karsenti, Eric Pelletier, Patrick Wincker and Olivier Jaillon. Functional repertoire convergence (Le terme de convergence est utilisé dans de nombreux domaines :) of distantly related eukaryotic plankton lineages abundant in the sunlit ocean. Cell Genomics, In Press.
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