Genomics study of diatom-bacteria interactions

Abstract

Les diatomées sont des algues microscopiques qui contribuent à hauteur de 25% environ à la production primaire planétaire. Les diatomées sont très souvent entourées d’une flore bactérienne, avec laquelle de nombreuses interactions ont été documentées. Les génomes de diatomées contiennent par ailleurs de nombreux gènes dont l’origine prédite est bactérienne.Nous avons étudié Asterionella formosa, une diatomée pennée présente dans de nombreux lacs et cours d’eau à l'aide de données omiques. L’utilisation de la métagénomique a permis de reconstruire 30 génomes bactériens, utilisés pour prédire d'éventuelles interactions avec la diatomée. Le séquençage de la sous-unité 16S de l’ARN ribosomique a montré que les différentes espèces bactériennes avaient une abondance variable au cours des phases de croissance de la diatomée, et que certaines étaient plus souvent au contact de la diatomée que libres dans le milieu. Le génome d'A. formosa a ensuite été séquencé à l'aide de la technologie Pacbio et comparé à ceux d'espèces proches. Enfin, l’impact des bactéries sur les diatomées a été abordé sous l’angle de l’évolution et des transferts horizontaux de gènes, qui ont été prédits à partir des données transcriptomiques d’une centaine de diatomées marines.Ce travail représente une première étape dans l'étude de la communauté bactérienne associée à A. formosa. Des expériences complémentaires incluant l’utilisation de transcriptomique ou métabolomique sont maintenant envisageables. Les données collectées et/ou analysées dans ce travail contribuent d'ores et déjà à l’effort global de caractérisation génomique des diatomées.Diatoms are ubiquitous microalgae that contribute approximately 25% to the primary production worldwide. Many interactions, either positive, neutral or negative, have been documented between diatoms and bacteria. Diatom genomes also harbor numerous genes of putative bacterial origin.We are studying Asterionella formosa, a freshwater pennate diatom. We characterized the community using a combination of omics and laboratory techniques. We reconstructed of the genome of the diatom as well as 30 individual genomes from co-cultured bacterial species and investigated metabolisms that could support diatom-bacteria interactions. 16S rRNA sequencing revealed that the abundance of some bacterial species was highly variable over the course of A. formosa growth. Some species seemed preferentially attached to the diatom while others were mainly free-living. Then, the reference sequence of the A. formosa genome was improved by additional long-read (Pacbio) sequencing. Last, relationships between diatoms and bacteria were investigated at a broader evolutionary scale, by looking at horizontal gene transfers using transcriptomic data of a hundred marine diatoms.This work is a first step in the study of the dynamic and complex bacterial community associated with the diatom A. formosa. The accurate identification and the reconstruction of the genome of these bacteria will enable further in silico predictions based on metabolic networks and new omics experiments using transcriptomic or metabolomic. This work already contributes to a global effort to study diatoms by the means of genomics