Phytoplancton marin: une microdiversité sous influence

De 2009 à 2012, la goélette Tara a sillonné les océans du globe pour échantillonner les communautés planctoniques qui peuplent ces écosystèmes. En procédant à une étude inédite du matériel génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est...) contenu dans ces échantillons, une équipe internationale regroupant plusieurs scientifiques de la Station biologique de Roscoff (Roscoff est une commune du département du Finistère, en région Bretagne, en France....) (SBR - CNRS/UPMC) a pu dresser une cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le...) détaillée de la répartition globale d'un groupe de bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) rassemblant les deux genres les plus abondants du phytoplancton marin. Cette étude qui vient d'être publiée dans la revue PNAS révèle la microdiversité insoupçonnée de ces populations bactériennes. Ces travaux qui montrent également l'importance de certains facteurs environnementaux dans la répartition de ces communautés d'organismes, devraient contribuer à améliorer les modèles de prédiction de la distribution du phytoplancton face au changement climatique global.

A la base des réseaux trophiques océaniques, le phytoplancton produit par ailleurs près de la moitié de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) consommé par les êtres vivants. Au sein de cet ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) d'espèces très hétérogène qui rassemble à la fois des bactéries et des algues unicellulaires, les genres Prochlorococcus et Synechococcus représentent à eux deux 25% de la production primaire océanique. Bien que ces organismes microscopiques qui appartiennent au groupe des picocyanobactéries occupent tous les océans la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...), ils n'avaient encore jamais pu être étudiés à un niveau taxonomique assez fin pour comprendre leur distribution. Ce travail vient d'être entrepris pour la première fois par une équipe internationale réunissant plusieurs chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...). Pour cela, les biologistes ont analysé par une approche de métagénomique le matériel génétique recueilli sur 66 stations océaniques différentes - 109 échantillons au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) - lors de la campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés...) Tara Oceans. Cette méthode innovante, qui permet de séquencer directement la totalité de l'ADN contenu dans un prélèvement, les a conduits à passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) en revue 20 milliards de paires de bases par échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) soit l'équivalent de six fois le génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une...) humain. "A l'aide d'un marqueur spécifique, nous sommes parvenus à discriminer les séquences d'ADN de Prochlorococcus et Synechococcus présentes dans ces échantillons à un niveau de résolution taxonomique bien plus précis que le genre et identifier ainsi plusieurs groupes génétiques inédits parmi ces micro-organismes", précise Laurence Garczarek, chercheuse à la Station biologique de Roscoff et dernier auteur de l'article.

En croisant la localisation géographique des zones échantillonnées avec les paramètres physico-chimiques de ces environnements, les chercheurs ont ensuite constaté que chaque communauté de ces picocyanobactéries occupait une niche écologique (La niche écologique est un des concepts théoriques de l'écologie. Il traduit à...) bien spécifique. La température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) de l'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.) ainsi que le niveau de concentration en fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) et en phosphate (Un phosphate, en chimie inorganique, est un sel d'acide phosphorique résultant de l'attaque...) sont apparus comme les principaux facteurs environnementaux impliqués dans la distribution de ces microorganismes. Alors que les représentants du genre Prochlorococcus sont retrouvés en grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) dans les régions océaniques chaudes et appauvries en éléments nutritifs, ceux du genre Synechococcus se révèlent globalement moins abondants. Ces derniers sont en revanche présents presque partout dans l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...) où ils forment un assemblage de populations très spécialisées. "Au niveau des îles Marquises, où l'on constate un enrichissement en fer inhabituellement élevé, les assemblages de Synechococcus que nous avons pu identifier présentent de grandes différences génétiques avec les communautés retrouvées dans les zones pauvres en fer typiques de cette région du Pacifique", illustre Laurence Garczarek. L'ensemble de ces résultats montre l'intérêt de prendre appui sur les picocyanobactéries pour améliorer les modèles de prédiction de la distribution du phytoplancton dans le contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...) de changement climatique global. De par leur abondance, leur présence dans tous les océans et la disponibilité (La disponibilité d'un équipement ou d'un système est une mesure de performance qu'on...) d'une centaine de souches dont le génome a d'ores (ORES, l'Opérateur des Réseaux Gaz & Électricité est le l'opérateur des...) et déjà pu être séquencé, Prochlorococcus et Synechococcus constituent en effet des biomarqueurs particulièrement pertinents de l'impact des bouleversements qui s'annoncent.