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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 PEDELM1 BEM

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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

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ancienne actuelle G+Cpigment

accessoire halotolérance mobilité

Marine cluster A

subcluster 5.1 55-62 phycoérythrine non

quelques souches

Marine cluster B

subcluster 5.2 63-66 phycocyanine

quelques souches non

•Réarrangement en clusters

•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

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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)

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Résultats

III

IV

II

I

VVIVII

X

IX

VIII

Prochlorococcus

Cyanobium

Synechococcus sp. WH 5701 Subcluster 5.2

Synechococcus sp. PCC 6301

Subcluster 5.1

Signature génétique

Arbre phylogénétique obtenu par la méthode NJ à partir des séquences ADNr 16s des souches de Synechococcus et Prochlorococcus. Modifié et simplifié

SéquencesIdentiques à 99,4%

Identiques à 99,7%

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• 3 nouveaux clades VII, IX et XBien supportés• Nouvelles souches pour le clade VIII• Réarrangement du clade VIII Avant : subcluster 5.2, 1 seul représentant

Prochlorococcus + subcluster 5.1 = monophylétique

III

IV

II

I

VVIVII

X

IX

VIII

Prochlorococcus

Cyanobium

Synechococcus sp. WH 5701 Subcluster 5.2

Synechococcus sp. PCC 6301

Subcluster 5.1

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• Caractérisation des nouvelles souches

nombre de représentants

  mobilité PUB/PEB ratio sources d'azote

demande en sel

(obligatoire-ment marin)

4clade

Inon 0,4 - 1,16 NO3

-, NH4+ oui

12clade

IInon 0,48 - 2,3 NO3

-, NH4+ oui

8clade

IIIoui et non

0,8 - 1,9 NO3-, NH4

+ oui

2clade

Vnon 0,5 NO3

-, NH4+ oui

2clade

VInon pas de PUB NO3

-, NH4+ oui

3clade

VIInon 1,7 - 2,2 NO3

-, NH4+ oui

7clade VIII

non absence de PENO3

-, NH4+ sauf RS9913

RS9914 RS9917 : NH4+ non

3clade

IXnon 0,7 NO3

-, NH4+ oui

2clade

Xnon 0,7 ?  oui

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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 ?

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Hybridation relative des clades de Synechococcus aux sondes spécifiques sur la colonne d’eau du golfe d’Aqaba

Clades I

à VII et X

Clade II

Clade III

Clade II dominantAutres génotypes absents ou minoritaires = absence de clades très étudiés en laboratoire (III ou V)

Présence de clades non identifiés ? Limites de cette méthode

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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

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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

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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

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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

14Profil Dot blot : hybridation spécifique de chaque oligonucléotide (spécifique à 1 clade)

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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 àl’intensité et la qualité de la lumièreambiante (Palenik, 2001)