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Phytoplancton marin : une microdiversité sous influence

par Frédéric Magné - publié le

De 2009 à 2012, la goélette Tara a sillonné les océans du globe pour échantillonner les communautés planctoniques qui peuplent ces écosystèmes. En procédant à une étude inédite du matériel génétique contenu dans ces échantillons, une équipe internationale regroupant plusieurs scientifiques de la Station biologique de Roscoff (SBR - CNRS/UPMC) a pu dresser une cartographie détaillée de la répartition globale d’un groupe de bactéries rassemblant les deux genres les plus abondants du phytoplancton marin. Cette étude qui vient d’être publiée dans la revue PNAS révèle la microdiversité insoupçonnée de ces populations bactériennes. Ces travaux qui montrent également l’importance de certains facteurs environnementaux dans la répartition de ces communautés d’organismes, devraient contribuer à améliorer les modèles de prédiction de la distribution du phytoplancton face au changement climatique global.

Cultures de phytoplancton en milieu liquide © Christophe LEBEDINSKY/CNRS Photothèque

A la base des réseaux trophiques océaniques, le phytoplancton produit par ailleurs près de la moitié de l’oxygène consommé par les êtres vivants. Au sein de cet ensemble d’espèces très hétérogène qui rassemble à la fois des bactéries et des algues unicellulaires, les genres Prochlorococcus et Synechococcus représentent à eux deux 25% de la production primaire océanique. Bien que ces organismes microscopiques qui appartiennent au groupe des picocyanobactéries occupent tous les océans la planète, ils n’avaient encore jamais pu être étudiés à un niveau taxonomique assez fin pour comprendre leur distribution. Ce travail vient d’être entrepris pour la première fois par une équipe internationale réunissant plusieurs chercheurs du CNRS. Pour cela, les biologistes ont analysé par une approche de métagénomique le matériel génétique recueilli sur 66 stations océaniques différentes - 109 échantillons au total - lors de la campagne Tara Oceans. Cette méthode innovante, qui permet de séquencer directement la totalité de l’ADN contenu dans un prélèvement, les a conduits à passer en revue 20 milliards de paires de bases par échantillon soit l’équivalent de six fois le génome humain. «  A l’aide d’un marqueur spécifique, nous sommes parvenus à discriminer les séquences d’ADN de Prochlorococcus et Synechococcus présentes dans ces échantillons à un niveau de résolution taxonomique bien plus précis que le genre et identifier ainsi plusieurs groupes génétiques inédits parmi ces micro-organismes  », précise Laurence Garczarek, chercheuse à la Station biologique de Roscoff et dernier auteur de l’article.

En croisant la localisation géographique des zones échantillonnées avec les paramètres physico-chimiques de ces environnements, les chercheurs ont ensuite constaté que chaque communauté de ces picocyanobactéries occupait une niche écologique bien spécifique. La température de l’eau de mer ainsi que le niveau de concentration en fer et en phosphate sont apparus comme les principaux facteurs environnementaux impliqués dans la distribution de ces microorganismes. Alors que les représentants du genre Prochlorococcus sont retrouvés en grande quantité dans les régions océaniques chaudes et appauvries en éléments nutritifs, ceux du genre Synechococcus se révèlent globalement moins abondants. Ces derniers sont en revanche présents presque partout dans l’océan où ils forment un assemblage de populations très spécialisées. « Au niveau des îles Marquises, où l’on constate un enrichissement en fer inhabituellement élevé, les assemblages de Synechococcus que nous avons pu identifier présentent de grandes différences génétiques avec les communautés retrouvées dans les zones pauvres en fer typiques de cette région du Pacifique  », illustre Laurence Garczarek. L’ensemble de ces résultats montre l’intérêt de prendre appui sur les picocyanobactéries pour améliorer les modèles de prédiction de la distribution du phytoplancton dans le contexte de changement climatique global. De par leur abondance, leur présence dans tous les océans et la disponibilité d’une centaine de souches dont le génome a d’ores et déjà pu être séquencé, Prochlorococcus et Synechococcus constituent en effet des biomarqueurs particulièrement pertinents de l’impact des bouleversements qui s’annoncent.

Cultures de Synechococcus © Laurence Garczarek

 
 class= Référence

"Delineating ecologically significant taxonomic units from global patterns of marine picocyanobacteria", Gregory K. Farrant, Hugo Doré, Francisco M. Cornejo-Castillo, Frédéric Partensky, Morgane Ratin, Martin Ostrowski, Frances D. Pitt, Patrick Wincker, David J. Scanlan, Daniele Iudicone, Silvia G. Acinas et Laurence Garczarek, PNAS, 30 mai 2016.

Contact chercheur

Laurence Garczarek, Adaptation et diversité en milieu marin (AD2M) - CNRS / UPMC
Tél. : 02 98 29 25 38
Email : laurence.garczarek@sb-roscoff.fr

Contact communication

Marielle Guichoux, Station biologique de Roscoff (SBR) - CNRS / UPMC
Email : guichoux@sb-roscoff.fr
 
Source : CNRS-INEE http://www.cnrs.fr/inee/