Acclimatation du picoeucaryote photosynthétique Pelagomonas calceolata aux changements environnementaux - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Acclimation of photosynthetic picoeukaryote Pelagomonas calceolata to environmental changes

Acclimatation du picoeucaryote photosynthétique Pelagomonas calceolata aux changements environnementaux

Résumé

Photosynthetic picoeukaryotes (PPE) are abundant in all oceans and represent a significant proportion of biomass and primary production. Climate models predict an extension of oligotrophic areas in the following decades, which could greatly increase the abundance and ecological impact of PPEs. Among them, the microalga Pelagomonas calceolata (Stramenopiles/Pelagophyceae) is widely distributed in the oceans. However, its role in the carbon cycle and impact on the trophic chain remain poorly characterised. In situ and in vitro analyses suggest that P. calceolata can adapt to environmental variations thanks to a significant capacity to modulate gene expression. This thesis aims to understand how P. calceolata adapts to environmental variations in the many environments it lives in. In the first chapter, the P. calceolata genome is assembled, annotated and compared with other PPEs. Thanks to metagenomic and metatranscriptomic data from the Tara Oceans expedition, the biogeography and transcriptomic activity of P. calceolata under different environmental conditions has provided a better understanding of the present and future distribution of this alga, and the genes involved in its ecological success. In the second chapter, we focused on the acclimatisation abilities of P. calceolata to changing nitrogen quantities and sources. Differentially expressed genes (DEGs) in P. calceolata as a function of nitrate concentration in Tara Oceans samples were compared with those identified during growth experiments under controlled conditions. P. calceolata was grown in media depleted in nitrate or in which nitrate was replaced by ammonium, urea or cyanate. The comparison of DEGs obtained in the laboratory with those obtained from environmental data provides a better understanding of the metabolism of this microalga in the face of nitrate shortage, and of the mechanisms put in place in the environment to cope with variability in nitrate availability, in particular through its ability to use organic nitrogen sources. In the third chapter, we aimed to understand better how depth affects the physiology of P. calceolata. This organism is found in water samples from the surface down to a depth of up to 200m. We found that sampling depth strongly impacted the expression of P. calceolata genes involved in carbon fixation and carbon concentration mechanisms. During this Ph.D. thesis, the characterisation of the adaptive capacities of P. calceolata led to a better understanding of how transcriptomic regulation enables it to be cosmopolitan and shows that this microalga can be used as a model organism thanks to the possibility of studying it simultaneously in the laboratory and environmental multi-omics data.
Les picoeucaryotes photosynthétiques (PPE) sont abondants dans tous les océans et constituent une part importante de la biomasse et de la production primaire. Les modèles climatiques prédisent une extension des zones oligotrophes dans les prochaines décennies ce qui pourrait fortement augmenter l'abondance et l'impact écologique des PPE. Parmi eux, la microalgue Pelagomonas calceolata (Stramenopiles/Pelagophyceae) est très largement répandue dans les océans, mais son rôle dans le cycle du carbone et son impact sur la chaîne trophique restent méconnus. Des analyses in situ et in vitro suggèrent que P. calceolata peut s'adapter aux variations environnementales grâce à une importante capacité de modulation de l’expression des gènes. L'objectif de cette thèse est de comprendre comment P. calceolata s'adapte aux variations environnementales des nombreux milieux qu'elle occupe. Dans le premier chapitre, le génome de P. calceolata est assemblé, annoté puis comparé à ceux d’autres PPE. Grâce aux données de métagénomiques et métatranscriptomiques issues de l'expédition Tara Oceans, la biogéographie et l'activité transcriptomique de P. calceolata dans les différentes conditions environnementales a permis de mieux comprendre la distribution présente et future de cette algue, ainsi que les gènes impliqués dans son succès écologique. Dans le deuxième chapitre, je me suis particulièrement intéressés aux capacités d'acclimatation de P. calceolata face aux changements de quantité et de source d'azote. Les gènes différentiellement exprimés (DEG) chez P. calceolata en fonction de la concentration en nitrate dans les échantillons Tara Oceans ont été comparés avec ceux identifiés lors d'expériences de croissance en conditions contrôlées. P. calceolata a été cultivé dans des milieux déplétés en nitrate ou dans lesquelles le nitrate a été remplacé par une autre source d’azote : de l'ammonium, de l'urée ou du cyanate. La comparaison des DEG issus du laboratoire avec ceux issus des données environnementales permet de mieux comprendre le métabolisme de cette microalgue face au manque de nitrate et quels mécanismes sont mis en place dans l'environnement pour faire face à la variabilité de la disponibilité du nitrate, notamment une capacité à utiliser des sources d'azote organique. Dans le troisième chapitre, nous avons voulu mieux comprendre comment la profondeur impacte la physiologie de P. calceolata. En effet, on retrouve P. calceolata dans des échantillons d'eaux de surface et jusqu’à 200m de profondeur. Nous avons constaté que la profondeur d’échantillonnage impactait fortement l'expression des gènes de P. calceolata impliqués dans la fixation du carbone et dans les mécanismes de concentration du carbone. Lors de cette thèse de doctorat, la caractérisation des capacités d'adaptation de P. calceolata a permis de mieux comprendre comment la régulation transcriptomique lui permet d'être cosmopolite, et montre que cette microalgue peut servir d'organisme modèle grâce à la possibilité de l'étudier simultanément en laboratoire et dans des données multi-omiques environnementales.
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-04409389 , version 1 (22-01-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04409389 , version 1

Citer

Nina Guérin. Acclimatation du picoeucaryote photosynthétique Pelagomonas calceolata aux changements environnementaux. Sciences du Vivant [q-bio]. Université d’Évry Val d’Essonne, 2023. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04409389⟩
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