Diversité et fonctions écologiques des champignons en écosystème hydrothermal marin profond - Université de Rennes Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Diversity and ecological functions of fungi in the deep marine hydrothermal ecosystem

Diversité et fonctions écologiques des champignons en écosystème hydrothermal marin profond

Résumé

Fungi are known as terrestrial microorganisms which have diversified in land. From molecular clock estimates we hypothesized their diversification in oceans. A current theory of emergence of life on Earth suggests that the deep marine hydrothermal environment might be the Cradle of Life. Thus, we have tested and analyzed the diversity of fungi in this particular ecosystem, in the aim to detect fungi displaying ancestral traits within the fungal Kingdom. Diversity analyses (established after the creation of a personal dedicated molecular database), were performed from ciPCR (amplification of a fragment of the gene encoding 18SrRNA), allowed to highlight the presence of a new branch forming one of the most ancient evolutionary lineage of fungi (phylum Chytridiomycota), in agreement with our working hypothesis, along with a large fungal diversity (phyla Chytridiomycota, Basidiomycota, and Ascomycota). Fungal strains isolated in lab from these environments allowed us to detect new fungal species (phylum Ascomycota). Both strategies revealed an unsuspected fungal diversity. Evolutionary hypotheses about fungal diversification in marine ecosystems have been proposed. The second purpose of this work was to understand the ecological functions of these fungi in these ecosystems. In this aim, we chose an original metagenomic approach: one particular sample, selected on the basis of both fungal diversity and 18SrRNA gene frequency (qPCR assays), was pyrosequenced (GS FLX, 454 Life Sciences, ROCHE). Sample we analysed contained one phylotype forming an old fungal lineage (phylum Chytridiomycota). Six ng of DNA were pyrosequenced in 3 independent runs : 168.909 contigs (length mean : 352 bp) were assembled from 1.441.839 individual reads. Two different strategies were chosen to analyze the metagenome. The first one was to analyze contigs in depth, to extract and annotate fungal genes in the aim to reconstruct the hypothetical fungal metabolism. Genes functions predictions relied on homologies searches in public database (BLASTX, ORF finder, KOG...). The second strategy focused on unassembled reads, to reconstruct the different metabolisms of the metagenome (BLASTX, mgRAST server, and ASGARD software), and to better understand the taxonomic composition of our sample (using MEGAN). The results from these analyses, shown in this thesis, have allowed us to suggest hypotheses about fungal lifestyle in its environment, and allowed to successfully reconstruct dominant bacterial metabolisms in the ecosystem. Limits of this analysis, as well as the numerous perspectives of this work were also developed.
Les champignons sont des microorganismes essentiellement connus en écosystèmes aériens, s'étant diversifiés en milieu continental. A partir d'analyses d'horloges moléculaires, nous avons émis l'hypothèse d'une diversification des champignons dans les océans. Par ailleurs, de nombreux auteurs considèrent les écosystèmes hydrothermaux marins profonds comme le Berceau de la Vie : nous avons donc choisi d'étudier ces milieux, très peu exploités en terme de diversité fongique, dans l'espoir de retrouver des champignons ayant conservé des caractères ancestraux de ce Règne. Des analyses de diversité (établies après la création d'une base de données moléculaires dédiée), par PCR indépendantes de la culture (amplification du gène codant l'ARNr18S), ont révélé des organismes se branchant à la base de la phylogénie des champignons (phylum Chytridiomycota), en accord avec notre hypothèse de travail, couplée à une forte diversité spécifique fongique (phyla Chytridiomycota, Basidiomycota, et Ascomycota). Des souches isolées de ces écosystèmes en laboratoire ont également permis de détecter de nombreuses nouvelles espèces de champignons (phylum Ascomycota). Ces 2 approches combinées nous ont ainsi permis de révéler une diversité insoupçonnée dans ces milieux. Des hypothèses évolutives sur la diversification des champignons en milieu marin ont ainsi pu être proposées. Le second objectif de notre travail était de connaître les rôles de ces organismes au sein de ces écosystèmes. Pour cela, nous avons choisi une approche métagénomique originale : l'échantillon choisi sur la base de la fréquence du gène codant l'ARNr18S et des études de diversité, a été pyroséquencé (GS FLX ; 454 Life Sciences, ROCHE). L'échantillon testé contenait un seul phylotype fongique, constituant une branche profonde des champignons (phylum Chytridiomycota). Six ng d'ADN extraits ont été pyroséquencés en 3 runs indépendants : 168.909 contigs (longueur moyenne : 352 pb) ont été assemblés à partir de 1.441.839 séquences individuelles. Deux approches ont alors été choisies. La première consistait à analyser les contigs générés, afin d'extraire les fragments de gènes fongiques et de reconstruire leur métabolisme hypothétique. Des hypothèses de fonctionnement métabolique des champignons dans ces milieux, établies sur la base de recherche d'homologies dans les bases de données (BLASTX, ORF finder, KOG,...) ont pu être établies. La seconde approche, basée cette fois sur l'étude des séquences non assemblées, consistait à reconstruire les voies métaboliques du métagénome (BLASTX, mgRAST, ASGARD), et reconstituer la composition taxonomique de notre échantillon (MEGAN). Les résultats de l'analyse métagénomique présentés dans cette thèse, nous ont permis d'émettre des hypothèses sur les modes de vie des champignons en écosystème hydrothermal et nous ont également permis de reconstruire avec succès les métabolismes bactériens dominants dans l'écosystème. Les limites de cette analyse, ainsi que les nombreuses perspectives qu'offrent ce travail sont également développées.
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Dates et versions

tel-00465055 , version 1 (18-03-2010)

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  • HAL Id : tel-00465055 , version 1

Citer

Thomas Le Calvez. Diversité et fonctions écologiques des champignons en écosystème hydrothermal marin profond. Interactions entre organismes. Université Rennes 1, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00465055⟩
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