Interactions phytoplankton-virus: des bases moléculaires de la résistance aux virus à leurs dynamiques éco-évolutives – PHYTOMICS

La moitié de la photosynthèse planétaire est due à des espèces phytoplanctoniques régulées par de nombreux virus. Parmi eux, les virus à ADN double brins, des phycoDNAvirus, sont ubiquistes et des régulateurs clés des Mamiellophyceae, des algues unicellulaires eukariotes dominant les eaux côtières. Leurs interactions sont telles que la production de carbone est fortement associée à la présence de prasinovirus infectant les Mamiellophyceae. Etonnamment, l’impact de la résistance antivirale sur les interactions phytoplankton-virus reste très peu étudié et il n’est pas considérés dans les prédictions de l’activité photosynthétique et des cycles du carbone et des nutriments océaniques.

Le projet PHYTOMICS a pour but d’identifier les bases ‘omiques’ de cette résistance et de prédire ses implications écologiques et évolutives. Notre hypothèse est en effet que l’impact de la résistance antivirale sur les dynamiques des interactions phytoplancton-virus dépend, à court et long terme, de ses déterminants moléculaires. Nous proposons ici une approche intégrative originale reposant sur des études ‘omiques’ et de modélisation. Nous nous concentrerons sur le système Ostreococcus-prasinovirus, sur lequel les partenaires de PHYTOMICS travaillent, et qui est fait i) de Mamiellophyceae cosmopolites dont des génomes de référence sont disponibles, et ii) de phycoDNAviruses très étudiés.

La première étape consiste à construire un jeu de données génomiques et phénotypiques sans précédent en obtenant des génomes annotés pour 50 lignées d’hôtes et 50 souches de virus. Ceux-ci, combinés à des ressources existantes, fourniront un ensemble de 80 génomes hôtes et 50 génomes viraux, et nous détermineront la compatibilité entre chacun d’entre eux (Tâche 1). Nous chercherons alors les bases génomiques de cette compatibilité par une étude d’association pangénomique conjointe (Tâche 2). En parallèle de cette identification des signatures à long terme de ces interactions hôtes-virus, nous nous intéresserons aux déterminants ‘omiques’ et à la dynamique de changements phénotypiques, i.e. de gain et de perte rapide de résistance observés lors de l’ajout ou du retrait de virus de culture d’algues. Nous le ferons pour deux espèces d’Ostreococcus très divergentes génétiquement afin d’identifier les bases moléculaires (communes et spécifiques) associées à ces changements. Une étude pionnière d’évolution expérimentale permettra de suivre les changements génomiques, transcriptomiques et translatomiques, ainsi que la dynamique des populations d’hôtes et de virus consécutifs i) à l’infection de lignées susceptibles et ii) au retrait des virus de cultures résistantes (Tâche 3). L’identification du profil métabolomique d’algues susceptibles et résistantes permettra d’identifier les métabolites clés de la résistance dont la mise en relation avec l’expression des gènes conduira à caractériser les réseaux de gènes qui y sont associés (Tâche 4). Finalement, nous intégrerons les connaissances acquises sur le système Ostreococcus-prasinovirus dans des modèles épidémiologiques pour quantifier l’impact de la résistance antivirale sur l’écologie et l’évolution des interactions phytoplankton-virus. Nous combinerons des modèles phénotypiques et multi-omiques pour réaliser des expériences in silico et analyser les effets de la résistance sur les dynamiques hôtes-virus et sur l’évolution adaptative de cette dernière en fonction de ces déterminants moléculaires.

PHYTOMICS fournira ainsi une connaissance moléculaire sans égale de ces interactions hôtes-virus ainsi que des avancées conceptuelles fortes des approches intégratives nécessaires pour lier ces mécanismes moléculaires aux dynamiques éco-évolutives des populations naturelles. Cette expertise interdisciplinaire, de plus en plus essentielle pour assister les politiques publiques, renforcera indubitablement notre capacité à prédire l’impact (de la résistance antivirale) des virus marins sur les grands cycles biogéochimiques.