L’utilisation de l’ADNr 16s révèle la prédominance d’un seul clade de Synechococcus sur une colonne d’eau stratifiée de mer rouge Phylogénie et structure des communautés de Synechococcus D’après Fuller et al., 2003. Laura PEDEL M1 BEM

Synechococcus Cyanobactéries Très grande distribution ¼ de la production primaire de certaines régions = grand intérêt scientifique Études focalisées sur quelques souches Capables d’adaptation chromatique Marines ou eau douce = ensemble polyphylétique Waterbury, WHOI

Réarrangement en clusters ancienne actuelle G+C pigment accessoire halotolérance mobilité Marine cluster A subcluster 5.1 55-62 phycoérythrine non quelques souches Marine cluster B subcluster 5.2 63-66 phycocyanine Le subcluster 5.1 : groupe dominant des Synechococcus dans la zone euphotique de l’océan ouvert et côtier Grande diversité = subdivisé en 6 clades, supportés par analyses multimarqueurs Connaissances réduites - niches occupées - structure génétique le long de la colonne d’eau

Objectifs de l’étude Définir les relations entre physiologie et diversité génétique chez un grand panel de Synechococcus (dont 31 nouvelles souches) - signature génétique - traits physiologiques (PUB/PEB ratio adaptation chromatique), nage, source d’azote et demande en sels) Analyser la distribution des différents clades in situ ( Golf of Aqaba, Mer rouge, bloom printanier)

Résultats Signature génétique III IV II I V VI VII X IX VIII Prochlorococcus Cyanobium Synechococcus sp. WH 5701 Subcluster 5.2 Synechococcus sp. PCC 6301 Subcluster 5.1 Arbre phylogénétique obtenu par la méthode NJ à partir des séquences ADNr 16s des souches de Synechococcus et Prochlorococcus. Modifié et simplifié Séquences Identiques à 99,4% Identiques à 99,7%

3 nouveaux clades VII, IX et X Bien supportés IV II I V VI VII X IX VIII Prochlorococcus Cyanobium Synechococcus sp. WH 5701 Subcluster 5.2 Synechococcus sp. PCC 6301 Subcluster 5.1 3 nouveaux clades VII, IX et X Bien supportés Nouvelles souches pour le clade VIII Réarrangement du clade VIII Avant : subcluster 5.2, 1 seul représentant Prochlorococcus + subcluster 5.1 = monophylétique

Caractérisation des nouvelles souches nombre de représentants   mobilité PUB/PEB ratio sources d'azote demande en sel (obligatoire-ment marin) 4 clade I non 0,4 - 1,16 NO3-, NH4+ oui 12 clade II 0,48 - 2,3 8 clade III oui et non 0,8 - 1,9 2 clade V 0,5 clade VI pas de PUB 3 clade VII 1,7 - 2,2 7 clade VIII absence de PE NO3-, NH4+ sauf RS9913 RS9914 RS9917 : NH4+ clade IX 0,7 clade X ? 

Caractérisation des nouvelles souches Grande diversité du PUB/PEB ratio = pas de corrélation nette avec leur profondeur de prélèvement Toutes les souches isolées utilisent le nitrate et/ou l’ammonium comme source d’azote sauf 3 souches du clade VIII différence au sein du même clade Tous les clades sont obligatoirement marin sauf souches du clade VIII = halotolérantes Clade III normalement mobile nouvelles souches non mobiles = perte secondaire ?

Présence de clades non identifiés ? Limites de cette méthode Hybridation relative des clades de Synechococcus aux sondes spécifiques sur la colonne d’eau du golfe d’Aqaba Clade II dominant Autres génotypes absents ou minoritaires = absence de clades très étudiés en laboratoire (III ou V) Présence de clades non identifiés ? Limites de cette méthode Clades I à VII et X Clade II Clade III

Conclusions Peu de caractères physiologiques sont monophylétiques Plus grande diversité génétique que Prochlorococcus Certaines souches : même séquence de l’ADNr 16s mais source d’azote différente Microhétérogénéité de l’ADN = permet aux populations de s’adapter aux fluctuations de leur environnement = maintien de guildes microbiennes spécifiques pour un panel de microhabitats différents

Conclusions Au niveau génomique = une partie universelle et un ensemble de gènes auxiliaires spécifiques à chaque clade permettant l’occupation d’une niche spécifique Intérêt de l’utilisation des sondes spécifiques à chaque clade pour évaluer les distributions in situ et pouvoir les corréler aux paramètres environnementaux

Critiques possibles Utilisation d’un seul marqueur génétique Présence de râteaux : marqueur adapté ? Quid des variations temporelles ? Penno et al. ont découvert de nouveaux clades 1 an après, avec clade XII dominant mais fortes variations sur 1 an Une seule station échantillonnée D’après Penno et al., 2006

Bibliographie Fuller N.J., Marie D., Partensky F., Vaulot D., Post A.F., Scanlan D.J., 2003. Clade-specific 16S ribosomal DNA oligonucleotides reveal the predominance of a single marine Synechococcus clade throughout a stratified water column in the Red Sea. Appl. Environ. Microbiol. 69: 2430–2443 Palenik B., 2001. Chromatic adaptation in marine Synechococcus strains. Appl. Environ. Microbiol. 67:991–994. Penno S., Lindell D., Post A.F., 2006. Diversity of Synechococcus and Prochlorococcus populations determined from DNA sequences of the N-regulatory gene ntcA. Environmental Microbiology 8(7) : 1200–1211

Profil Dot blot : hybridation spécifique de chaque oligonucléotide (spécifique à 1 clade)

Adaptation chromatique Trait physiologique marquant de certaines souches Phycobilisomes avec phycoérythrine (PE) ou phycocyanine (PC) composées de chromophores phycourobiline (PUB) ou phycoérythrobiline (PEB). Capables d’adapter leur ratio PUB/PEB à l’intensité et la qualité de la lumière ambiante (Palenik, 2001)