Etude génomique et métagénomique de la diversité génétique, la distribution écologique et l'évolution des picocyanobactéries marines

par Gregory Farrant

Thèse de doctorat en Océanographie Biologique

Sous la direction de Laurence Garczarek et de Frédéric Partensky.

Le jury était composé de Purificación Lopez-Garcia, Philippe Vandenkoornhuyse, David Scanlan, Daniele Iudicone, Robert Bellé.


  • Résumé

    Les picocyanobactéries marines des genres Prochlorococcus et Synechococcus sont les organismes photosynthétiques les plus abondants de la planète et ils contribuent de façon substantielle à la production primaire mondiale. Alors que le genre Prochlorococcus se caractérise par sa forte abondance dans les régions oligotrophes et son génome réduit, le genre Synechococcus se distingue par sa grande diversité génétique et pigmentaire ainsi qu'une aire de distribution plus étendue.Le principal objectif de ce travail a été de mettre en relation la diversité génétique de ces organismes avec leur niche écologique par des approches de génomique comparative et de métagénomique. Tout d'abord, le développement d'une méthode de scaffolding (WiseScaffolder) a permis de clore 32 nouveaux génomes de Synechococcus, lesquels ont été intégrés au système d'information Cyanorak, dédié à l'annotation de gènes orthologues. Ces nouveaux génomes, complétant les 65 génomes disponibles pour ces deux genres, ont fait l'objet d'analyses comparatives afin de mieux comprendre la diversité et l'évolution de ce phylum et de définir les gènes spécifiques de différents groupes phylogénétiques, potentiellement liés à leur adaptation à des niches écologiques distinctes.Ces génomes ont ensuite été utilisés comme référence, en conjonction avec le gène marqueur petB, pour analyser les données de métagénomique issues de l'expédition TARA-Océans. Ces analyses ont notamment mis en lumière la diversité génétique, la distribution et l'importance écologique de certains clades phylogénétiques. Ce travail soulève de nouvelles hypothèses quant au rôle des picocyanobactéries dans le fonctionnement global des océans.

  • Titre traduit

    Genomic and metagenomic study of the genetic diversity, ecological distribution and evolution of marine picocyanobacteria


  • Résumé

    Marine picocyanobacteria Prochlorococcus and Synechococcus genera are the most abundant photosynthetic organisms and contribute substantially to global primary production. While the genus Prochlorococcus is characterized by its high abundance in oligotrophic regions and its reduced genome, Synechococcus is characterized by a larger genetic and pigment diversity and a wider area of distribution.The main objective of this PhD thesis was to link the genetic diversity of these organisms to the environmental conditions of their ecological niche by comparative genomics and metagenomics approaches. Firstly, the development of a scaffolding method (WiseScaffolder) has allowed us to close 32 new genomes of Synechococcus which were integrated into the Cyanorak information system dedicated to the annotation of orthologous genes. These new genomes, supplementing the 65 genomes previously available for these two genera, allowed us to perform comparative analyses which led to a better understanding of the diversity and evolution of this phylum and to the definition of genes sets specific to different phylogenetic groups and thus potentially related to their adaptation to different ecological niches.These genomes were then used as reference, in conjunction with the marker gene petB gene, to analyze metagenomic data produced in the frame of the Tara-Oceans Expedition. In particular, these analyzes highlighted the genetic diversity, distribution and ecological importance of some phylogenetic clades. This work raises new hypotheses about the role of picocyanobacteria in the overall functioning of the oceans.

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