De la génomique à la métagénomique : contributions à l'étude des virus géants à ADN

par Adam Monier

Thèse de doctorat en Bioinformatique

Sous la direction de Jean-Michel Claverie et de Hiroyuki Ogata.

Soutenue en 2009

à Aix-Marseille 1 .

mots clés

• Virus géants
• Mimivirus
• Transfert horizontal de gène
• Métagénomique
• Microbiologie marine
• Virus marin
• Phylogénétique
• Bioinformatique
• Virus à ADN -- Thèses et écrits académiques
• Virus -- Dissertations universitaires

Résumé

La découverte d'Acanthamoeba polyphaga mimivirus a ébranlé la barrière qui séparait le monde vivant du monde viral. De par ses dimensions physiques, la taille de son génome et son contenu génétique, mimivirus à contribué à (re)lancer les études sur l'évolution et l'origine des virus, et notamment des virus géants à ADN. Ces travaux de thèse se sont appuyés sur (i) l'analyse de données génomiques de virus géants afin d'évaluer l'impact qu'on eu les transferts horizontaux de gènes sur l'évolution des virus géants et sur la taille de leurs génomes et (ii) l'analyse de données métagénomiques marines dans le but de détecter de nouveaux virus géants d'algues océaniques. Cette thèse s'articule ainsi autour de deux parties, chacune composée de deux chapitres. La première partie - virus géants et transferts horizontaux - rassemble les travaux menés sur les transferts horizontaux de gènes au niveau des génomes de virus géants. Le premier chapitre traite d'un cas spectaculaire d'acquisition par un virus géant marin de la voie de biosynthèse de sphingolipides de son hôte, le coccolithophore Emiliania huxleyi. Cette acquisition a vraisemblablement été réalisée par le biais de multiples transferts horizontaux de gènes de cette voie métabolique. Le second chapitre présente un référencement des gènes compositionnellement anormaux détectés dans plusieurs dizaines de génomes de virus géants. Ces gènes peuvent être potentiellement des reliquats d'événements de transferts horizontaux récents. Ce référencement a ainsi pu montrer que les acquisitions récentes de gènes par les virus géants ne sont pas des événements aussi fréquents que ce qui avait été précédemment proposé. La deuxième partie - à la recherche de virus géants dans les océans - rassemble les travaux conduits sur des données métagénomiques marines produites par le projet Global Ocean Sampling (GOS). Le troisième chapitre résume la détection, dans ces données environnementales, de virus phylogénétiquement proches de mimivirus. Le quatrième chapitre présente les résultats de l'analyse de la distribution taxonomique des virus géants dans ces données. Cette étude montre que les virus géants à ADN sont largement répandus à travers différentes provinces océaniques échantillonnés par le projet GOS et que leurs diversités phylogénétiques sont importantes, en particulier pour les virus appartenant à la même famille taxonomique que mimivirus.

Titre traduit

From genomics to metagenomics : contributions to the study of large DNA viruses

Résumé

The discovery of Acanthamoeba polyphaga mimivirus shook the barrier that separated the living world from the viral world. By its physical dimensions, the size of its genome and its genetic content, mimivirus contributed to (re)start studies on the evolution and origin of viruses, in particular giant DNA viruses. Analyses presented in this thesis were performed (i) on genomic data of giant viruses in the purpose of evaluating the impact of horizontal gene transfers on the evolution of these viroses and on the size of their genomes, and (il) on marine metagenomic data in order to detect new giant viroses of oceanic algae. This thesis is articulated around two parts, both composed of two chapters. The first part - giant viruses and horizontal transfers - compiles the work on the detection of horizontal gene transfer events in the genomes of giant viroses. The first chapter shows a spectacular case of acquisition by a marine giant virus of the sphingolipid biosynthesis pathway of its host, the coccolithophore Emiliania huxleyi. This acquisition was likely performed via multiple horizontal transfers of genes belonging to this metabolic pathway. The second chapter presents an inventory of genes compositionally anomalous detected in giant viral genomes. These genes can potentially be relics of recent horizontal gene transfer events. This inventary showed that these recent gene acquisitions are not as frequent as previously proposed. The second part - research of giant viroses in the oceans - compiles the work conducted on marine metagenomic data originating from the Global Ocean Sampling (GOS) project. The third chapter presents the detection, in this environmental dataset, of marine viroses phylogenetically close to mimivirus. The forth chapter shows the results of the taxonomic distribution of marine large DNA viroses. These results revealed that large DNA viruses are widespread across the oceanic provinces sampled by the GOS project, and that the phylogenetic diversity of marine giant viruses is important, in particular for the viruses belonging to the same taxonomic family than mimivirus.