Reconstruction de génomes de Chloroflexi

En théorie, la probabilité d’assembler des longs contigs correspondant à un organisme

donné dépend de l’abondance relative de celui-ci au sein de la communauté. Ceci implique

que la distribution taxonomique de ces longs contigs doit donc refléter fidèlement la diversité

microbienne contenue dans un métagénome. C’est ce que nous avons observé à Alchichica,

où la structure phylogénétique des communautés bactériennes était similaire quel que soit le

marqueur utilisé (ADNr 16S, gènes conservés et présents en copie unique, longs contigs ; voir

la Figure 2 du chapitre9). Nous avons donc été surpris d’observer que 35 des 50 contigs les plus

longs (min : 284 864 pb, max : 496 458 pb, total : 12 916 216 pb) étaient affiliés aux Chloroflexi

(tous échantillons confondus) alors que les membres de ce phylum sont peu abondants dans les

communautés associées aux microbialites d’Alchichica. En effet, les Chloroflexi représentent

seulement entre 1 et 3% des séquences d’ADNr 16S et des gènes conservés et présents en copie

unique dans les génomes (voir la Figure 2 du chapitre 9). Le fait que l’on ait pu assembler

des longs contigs en appliquant des critères stricts pour l’assemblage et à partir d’un nombre

relativement restreint de séquences indiquerait donc que les Chloroflexi d’Alchichica sont très

peu variables d’un point de vue génomique. Disposer de longs fragments génomiques de

Chlo-roflexi était d’autant plus excitant que certains membres de ce phylum sont capables de faire la

photosynthèse anoxygénique, un métabolisme potentiellement important pour la formation et le

maintien des microbialites d’Alchichica. Nous avons donc souhaité étudier plus en profondeur

le contenu de ces contigs.

Nous nous sommes d’abord intéressés aux caractéristiques générales de ces contigs, en nous

concentrant sur les contigs ayant entre 20 et 50% de leurs gènes affiliés aux Chloroflexi. En

ef-fet, nous avons observé que la proportion de ces contigs variait entre 10 et 15% au sein des

cinq échantillons alors qu’elle ne représentait qu’un faible pourcentage lorsque l’ensemble des

longs contigs était considéré (voir la Figure S3 du chapitre9). Afin d’être surs que ces

frag-ments correspondaient bien à des Chloroflexi, nous avons calculé le pourcentage représenté par

CHAPITRE 10. RECONSTRUCTION DE GÉNOMES

le second taxon le plus abondant. A quelques exceptions près, ce dernier correspondait à une

proportion très faible (Figure 10.1), ce qui tend à montrer que ces contigs correspondent bien

à des fragments de génomes de Chloroflexi. Ceci suggère aussi que les Chloroflexi

d’Alchi-chica sont divergents par rapport à ceux disponibles dans les bases de données, ce qui n’est

pas très surprenant étant donné que les Chloroflexi dont les génomes ont été séquencés ne

pro-viennent pas d’habitats similaires. Enfin, cette hypothèse est renforcée par le fait que les valeurs

moyennes et médianes dese-valueset desbit scoresassociées auxbest hitsdes gènes présents

sur ces contigs sont supérieures à celles des contigs ayant plus de 50% de leurs gènes affiliés

aux Chloroflexi (Tableau10.1).

./figures/Chloroflexi/FigA3-1.pdf

Figure 10.1 – Pourcentage représenté par les gènes affiliés aux deuxième taxon le plus abondant (en

noir) où les gènes affiliés aux Chloroflexi (en bleu) représentent au moins 20% des gènes.

Tableau 10.1 –Valeurs moyennes et médiannes des e-values et des bit scores associées aux best hits des

gènes détectés sur les contigs affiliés aux Chloroflexi. Les contigs sont séparés en deux catégories selon

le pourcentage de leurs gènes affiliés aux Chloroflexi (plus de 50% ou entre 20 et 50%)

AL-W AL-N-1 AL-N-5 AL-N-10 AL-N-15

5.91e-9 6.19e-9 6.38e-9 6.07e-9 6.00e-9

6.01e-18 2.35e-18 9.53e-18 7.01e-19 6.65e-19 1.40e-94 1.85e-94 7.40e-95 4.20e-95 1.35e-94 1.20e-113 3.20e-102 2.00e-106 5.80e-107 2.60e-115 E-value (average) ^{between 20 and 50%}

more than 50% between 20 and 50% more than 50% E-value (median) 414.4 418.2 415.1 493.7 415.3 498.5 463.9 477.9 416 502.1 353.5 357 354 355.5 354 419.5 378 393 394 423

Bit score (average) ^{between 20 and 50%} more than 50% between 20 and 50% more than 50% Bit score (median)

Les contigs assemblés à partir des métagénomes correspondent donc à des Chloroflexi

diver-gents par rapport à ceux des bases de données. A quel point sont-ils divers ? Correspondent-ils

à des Chloroflexi photosynthétiques ? Pour répondre à ces questions, nous avons analysé plus

en détail ces contigs. Leur nombre était plutôt variable, allant de 54 (AL-N-10) à 71 (AL-W).

En revanche, la taille cumulée des contigs était comparable entre les différents métagénomes

(entre 7,2 et 7,6 Mb, la taille des génomes de Chloroflexi disponibles dans les bases de données

variant de 3 à 6 Mb). Nous avons de plus détecté dans chaque métagénome (Tableau 10.2) la

quasi-totalité des 40 familles de gènes conservés et présents en copie unique dans les génomes

(pour un total de 40 à 54 copies), ce qui indique que nous disposions potentiellement d’au

moins un génome complet de Chloroflexi par échantillon. Au moins une copie de chacun de

ces gènes était affiliée aux Chloroflexia, une classe contenant exclusivement des Chloroflexi

photosynthétiques. L’échantillon AL-W était, quant à lui, le seul à contenir en plus des gènes

affiliés à différentes classes de Chloroflexi non-photosynthétiques (Anaerolineae, Caldilineae

et Thermomicrobia ; Figure10.2A). Enfin, des gènes fonctionnels impliqués dans la

photosyn-thèse ont aussi été détectés (données non montrées).

Tableau 10.2 – Caractéristiques générales des fragments de génomes de Chloroflexi assemblés à partir

des métagénomes d’Alchichica.

AL-W AL-N-1 AL-N-5 AL-N-10 AL-N-15

No. contigs 70 71 58 54 58

Total size (bp) 7,424,466 7,632,600 7,327,328 7,200,235 7,627,764

Mean (bp) 106,064 107,501 126,333 133,338 131,513

Median (bp) 79,592 76,466 96,376 91,992 101,228

N50 (bp) 182,490 160,886 182,581 201,270 187,917

No. single-copy COG gene

families 39 40 39 39 40

Total occurrences of

CHAPITRE 10. RECONSTRUCTION DE GÉNOMES

Afin de connaître avec précision la position phylogénétique des Chloroflexi associés aux

microbialites d’Alchichica, nous avons construit un arbre phylogénétique en utilisant des

sé-quences concaténées correspondant aux sésé-quences d’acides aminés de dix protéines

riboso-males présentes dans l’ensemble des cinq métagénomes. Remarquablement, les cinq séquences

concaténées de Chloroflexia sont pratiquement identiques et branchent ensemble, comme

groupe frère des Roseiflexus (Figure 10.2B). Ce résultat suggère que les Chloroflexi

photo-synthétiques d’Alchichica correspondent à une lignée clonale dont nous avons été capable de

générer un génome presque complet (avec une couverture de 5x si on se fie au nombre de gènes

conservés et présents en copie unique que nous avons détecté). Nous proposons le nom de

Candidatus Lithoflexus mexicanus pour désigner les membres de cette nouvelle lignée de

Chlo-roflexia. Ce Chloroflexi est d’autant plus étonnant qu’il semble très conservé, aussi bien dans

les deux sites de surface que dans les microbialites de profondeur. Ceci impliquerait qu’il soit

adapté à des conditions environnementales, et en particulier à des intensités lumineuses, variées,

ce qui est particulièrement peu commun pour une même souche photosynthétique (Billeret al.

2015). Une hypothèse alternative serait de postuler que Lithoflexus occupe différentes positions

au sein des microbialites en fonction de la profondeur de ces derniers dans le lac, de façon à

être toujours exposé à la même intensité lumineuse.