DS01 - Gestion sobre des ressources et adaptation au changement climatique

Analyse multi-échelle de l’adaptation à la carence en Fer chez un organisme clé du phytoplancton marin, dans un contexte de changement global – CINNAMON

Résumé de soumission

Les océans sont très affectés par le changement global, qui provoque un accroissement de la température de l’eau de mer et de la surface des zones pauvres en fer, un élément qui affecte d’ores et déjà la croissance du phytoplancton dans près de 35 % de l’océan mondial. Cela pose la question de la faculté des populations du phytoplancton à s’adapter à ces conditions et des conséquences de la carence en fer sur la capacité de l’océan à séquestrer le CO2 via la pompe biologique. Dans ce contexte, la découverte récente d’un clade (CRD1) de la cyanobactérie marine Synechococcus prédominant dans les eaux pauvres en fer, avec trois populations génétiquement distinctes occupant des niches thermiques différentes, constitue une opportunité unique d’étudier les effets combinés de la carence en fer et de la température sur le phytoplancton à toutes les échelles d’organisation du gène à l’écosystème.
Le projet CINNAMON utilisera une approche de biologie des systèmes, combinant travail au laboratoire et in situ, afin de caractériser et modéliser les principaux mécanismes d’acclimatation (physiologie) et d’adaptation (évolution) impliqués dans la réponse différentielle des écotypes de Synechococcus à la carence en fer et aux variations de température, dans le but de mieux prédire leur adaptabilité respective, et donc leur future distribution et dynamique dans un environnement changeant. La présence au sein du clade CRD1 d’écotypes distincts vis-à-vis du fer et/ou de la température sera d’abord validée en déterminant les optima et limites de croissance pour le fer et la température de différentes souches de ce clade. En parallèle, la comparaison i) de génomes de picocyanobactéries (60 génomes de Synechococcus, dont au moins un par génotype CRD1 et 2 métagénomes de Prochlorococcus de zones pauvres en fer) et ii) de transcriptomes de différentes souches CRD1 (et contrôles) générés en réponse à des conditions +Fe/-Fe, devrait nous permettre de décrypter les bases génétiques de leur adaptabilité aux changements de température et de disponibilité en fer. Ces données seront intégrées dans des réseaux métaboliques et de co-expression afin de déterminer le rôle respectif du métabolisme et de la régulation dans le comportement différentiel des souches testées. Une dernière approche consistera en l’utilisation des données de méta-omique issues d’expéditions circum-océaniques (Tara-Oceans, Tara-Polar Circle, Tara-Pacific and Malaspina) afin de valider au niveau populationnel, les observations faites au laboratoire, mais aussi identifier de nouveaux gènes et voies de biosynthèse expliquant la capacité de ces écotypes à s’adapter aux eaux pauvres en fer de différentes températures. Cette approche multi-échelles devrait nous permettre de définir un set limité de gènes, à la fois spécifiques d’écotypes et/ou de niches et différentiellement exprimés en réponse à la carence en fer qui constitueront des cibles privilégiées pour des analyses fonctionnelles par mutagénèse afin de mieux comprendre les processus moléculaires sous-tendant l’adaptation aux niches pauvres en fer.
Le projet CINNAMON est à la fois ambitieux par l’étendue et la variété des analyses qui seront réalisées et innovant car les résultats ne seront pas limités à une souche modèle de Synechococcus mais prendront en compte la variabilité écotypique au sein de ce genre. Les données générées présenteront un intérêt tant du point de vue écologique qu’évolutif puisqu’elles permettront de mieux comprendre i) comment la disponibilité en fer a induit une diversification génétique au sein des picocyanobactéries et ii) les conséquences de cette diversification sur la composition et la dynamique des communautés de ces organismes-clés, dans un contexte de changement global. Un but sociétal majeur de ce projet sera de sensibiliser le grand public aux impacts du changement climatique sur la biodiversité marine et de fournir aux décideurs des outils afin de monitorer ces effets.

Coordinateur du projet

Madame Laurence Garczarek (Adaptation et Diversité en Milieu Marin)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

AD2M Adaptation et Diversité en Milieu Marin
LOMIC Laboratoire d'Océanographie Microbienne
LS2N (ex LINA) Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
ABIMS Plateforme ABIMS (Analysis Bioinformatics for Marine Science)

Aide de l'ANR 449 924 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2017 - 36 Mois

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