Metabarcoding and metagenomic approaches to decipher microbial communities in suboxic environments

Utilisation d'approches de métabarcoding et de métagénomique pour l'analyse de communautés microbiennes suboxiques L’écologie microbienne concerne l’étude des microorganismes et de leurs interactions biotiques et abiotiques dans un écosystème donné. Ces vingt dernières années, l’avancement des techniques moléculaires pour analyser la diversité microbienne et, notamment, les nouvelles technologies de séquençages (NGS) ont permis de surmonter les limitations associées aux approches traditionnelles basées sur la culture et la microscopie. Ces approches moléculaires ont conduit à une accumulation des données de diversité microbienne et de potentiel métabolique dans des communautés microbiennes des écosystèmes variés.Cependant, ces efforts ont été principalement appliqués sur des environnements facilement accessibles ou liés à l’humain, comme le plancton (marin principalement) et la flore intestinale. Néanmoins, ceci a conduit à une très forte augmentation de données environnementales et au développement de la bioinformatique par le biais de nombreux outils. Parmi les environnements délaissés des études, les environnements faibles en oxygène sont probablement également porteurs de nouveautés phylogénique ou métaboliques.Afin de palier à cela, nous avons choisi d’explorer deux environnements suboxiques relativement peu étudiés : la cave Movile (Roumanie) et les sédiments du lac Baikal (Sibérie, Russie). Notre but étant de montrer les diversités phylogénétiques et fonctionnelles des microbes de ces biotopes.Pour cela, j’ai d'abord développé un pipeline d’analyse de données métabarcoding (petite sous-unités ribosomique). Ensuite, j’ai appliqué cet outil sur des données de métabarcoding de protistes provenant d’échantillons d’eau et de tapis microbiens de la cave de Movile, un écosystème chemosynthétique pratiquement fermé. Nous avons montré que la diversité des protistes de la cave s’étendait à quasiment tous les grands groupes eucaryotes et provenait à la fois d’origine d’eaux douces et marines. De plus, la plupart ont été affiliées à des groupes d’organismes typiquement anaérobies, ce qui est concordant avec les paramètres abiotiques de la cave. Écologiquement, ces protistes sont des prédateurs mais aussi vraisemblablement des partenaires symbiotiques avec des espèces procaryotes de la cave.Dans une deuxième étude, j’ai eu l’opportunité d’appliquer ce pipeline de métabarcoding sur des données procaryotes et eucaryotes provenant des couches superficielles des sédiments du lac d’eau douce Baikal. Comme attendu, les communautés microbiennes dans ces sédiments sont particulièrement diverses et relativement enrichis en archées. Nous avons aussi pu mettre en évidence des lignées que l’on pensait exclusivement marines dans ces sédiments. Ces lignées sont probablement planctoniques mais s’accumulent au fond par sédimentation. Enfin, les échantillons ont été prélevés dans le but de tester les influences de la profondeur, du bassin et de la latitude sur les communautés. Aucune d’elles ne s’est révélée significative.Dans une troisième étude, j'ai utilisé une approche métagénomique afin de révéler les acteurs écologiquement majeurs dans les sédiments, leurs rôles et de reconstruire leurs génomes. Cela nous a permis notamment de mettre en évidence le rôle primordial des Thaumarchaeota dans le cycle de l’azote et la production primaire de molécules de carbone. Les chloroflexi et les protéobacteries ont aussi un rôle important dans la surface des sédiments du lac Baikal. Ce travail de thèse participe à la connaissance globale de la diversité microbienne sur la planète en mettant en lumière des environnements peu étudiés. De plus, l’étude de la surface des sédiments du lac Baikal apporte de nouvelles données sur le sujet de la transition eau douces/eau marines des microbes. Enfin, la métagénomique a permis de révéler le cycle des nutriments et les microorganismes y participant dans ces échantillons de sédiment. En résumé, ce travail vient mettre en lumière l’écologie microbienne d’écosystèmes suboxiques, notamment la surface des sédiments du lac Baikal.