Sujet de thèse à concours ED 227 | Méta-microbiotes des lichens de l’estran rocheux atlantique: réseaux de co-occurences bactéries-champignons et métabolites impliqués

Sujet de  thèse en biologie moléculaire/chimie du vivant/bioinformatique - 2020-2023

Concours ED 227

Titre : « Meta-Lic »  - Méta-microbiotes des lichens de l’estran rocheux atlantique: réseaux de co-occurences bactéries-champignons et métabolites impliqués

Date limite de candidature : 30 juin 2020 à 13h (délai de rigueur)

Dates des auditions si candidature retenue :  1, 2 et 3 juillet 2020

Poste à pourvoir pour la rentrée universitaire pour une durée de 3 ans.

Financement : Allocation ministérielle (concours de l'ED 227 – MNHN-SU)

Laboratoire d'accueil : BOREA (Biologie des Organismes et des Ecosystèmes Associés), MNHN, Station marine de Concarneau (https://borea.mnhn.fr/)

Encadrement : directeur : Cédric Hubas, maître de conférences MNHN Station marine de Concarneau (cedric.hubas@mnhn.fr), co-directeur : Tony Robinet, équipe SOMAQUA/BOREA (tony.robinet@mnhn.fr)



Résumé du projet

Un microbiote est une communauté commensale d’organismes unicellulaires vivant dans et à la surface de tous les organismes pluricellulaires connus (organismes-hôtes). Microbiote et organisme-hôte forment l’holobionte. Depuis quelques années, les recherches portant sur les microbiotes animaux et végétaux sont en plein essor, même si la compréhension de leur fonctionnement émerge à peine. En particulier, les interactions bactéries champignons (IBC) sont connues pour être déterminantes dans la structure des microbiotes et la survie de leurs hôtes, mais ne sont pas souvent regardées.

Les micro-organismes qui forment le microbiote sont essentiellement des bactéries, des archées et des champignons (fungi au sens large : surtout ascomycètes, basidiomycètes et oomycètes). On peut y ajouter les virus. Seuls quelques taxons du microbiote joueraient un rôle vraiment prépondérant d’un point de vue fonctionnel, leur présence ou leur absence engageant directement la structure et l’équilibre du consortium microbien : ce sont des hubs microbiens, leur présence étant directement corrélée à celle de la majorité des autres taxons du consortium. Parmi hubs, certains sont juste contingents de la diversité alentour (et potentiellement interchangeables): ce sont juste des hubs. D’autres, au contraire, sont uniques d’un point de vue fonctionnel, ils sont alors appelés keystone, les seuls à pouvoir assurer une fonction précise et vitale pour le consortium. Leur absence engendre une dysbiose, c’est-à-dire d’un déséquilibre majeur du microbiote, pathologique pour l’hôte.

Les travaux portant sur les réseaux microbiotiques suggèrent que les IBC joueraient un rôle fonctionnel prépondérant pour le microbiote, dans un sol ou dans un organisme-hôte, pour le phénotype de l’hôte, sa croissance et sa résistance au stress. Les IBC sont médiées par des métabolites secondaires, qui font partie du métabolome de l’holobionte. Ils structurent le microbiote par leurs activités biologiques (anti-bactériennes, anti-fongiques, protection, communication). La compréhension des processus de médiation chimique des IBC est un enjeu central dans les champs de recherche bio-médicaux, agronomiques, d’écologie chimique et de biodiversité fonctionnelle.

Les lichens sont intéressants pour étudier ces processus car ils constituent une symbiose ancienne. Les lichens marins de la côte rocheuse atlantique européenne occupent un habitat marqué par la salinité et le rythme des marées, étagés en ceintures colorées. La composition de leur microbiote (micro-algues, bactéries, archées,micro-champignons) et de leur métabolome est très peu connue. La nature et le rôle des interactions à l’oeuvre restent à explorer.

L’objectif de la thèse est de décrire finement la composition des microbiotes et des métabolomes des principaux lichens des côtes rocheuses atlantiques, en caractérisant leur noyau microbiotique (core) et les réseaux de co-occurence des taxons microbiens et des métabolites associés, ceci entre lichens d’une même espèce et entre ceux d’espèces différentes dans un même habitat. L’analyse des réseaux microbiens aura pour but d’identifier les taxons centraux (hubs et keystones) et ceux plus opportunistes, et de caractériser leurs interactions potentielles. Les métabolomes associés à chaque microbiote seront établis et comparés afin de caractériser les médiateurs chimiques régissant les IBC. En parallèle, la reconstitution in vitro de communautés du microbiote par mise en culture des microorganismes impliqués permettra d’isoler ces métabolites afin de mieux les identifier et d’étudier leurs moyens d’action.

Approches méthodologique et technique envisagées

1/ Métabarcoding : Caractériser les réseaux de co-occurence des taxons microbiens, les taxons hubs/keystones; PCR sur l’opéron ribosomal de séquences courtes compatibles Illumina (16S V3-V4 pour bactérien-archéen, ITS2 pour fungi) et de séquences longues compatibles Nanopore MinIon (16S complet pour bactérien-archéen, 18SITS-28S pour fungi); pipeline qiime2 et analyse des réseaux de co-occurences (corrélations, SparCC, SPIEC-EASI).

2/ Métabolomique : Caractériser les métabolomes des principales espèces des ceintures de l’estran rocheux par des approches ciblées et non ciblées de spectrométrie de masse (LC-MS, LC-MS/MS haute résolution ESIQTOF et GC-MS-FID simple quadrupôle) ; corrélations entre la présence ou l’absence de certains OTUs du microbiote et les profils métaboliques (notamment métabolites spécialisés/Meta-métabolomique) ; annotation des metabolomes au moyen des données de MS et MS-MS grâce aux bases de données de produits naturels disponibles (Antibase, Dictionnary of Natural Products, Molecular Networking).

3/ Reconstitution in vitro d'un modèle de communautés du microbiote: par mise en culture des microorganismes les plus impliqués afin d’isoler les métabolites pour mieux les identifier par RMN et SM et étudier leurs modes d’action et rôles écologiques au sein des interactions.