Analyse de la distribution de familles de transporteurs métalliques dans des rhizosphères d'Arabidopsis halleri par métagénomique shotgun

Abstract

Arabidopsis halleri est espèce hyperaccumulatrice facultative, ce qui implique non seulement qu’elle tolère des concentrations en métaux lourds plus élevées que la plupart des autres espèces de plantes, mais aussi qu’elle concentre ces métaux dans ses parties aériennes. A. halleri peut pousser indistinctement sur des sols métallifères et non-métallifères, une propriété qui est due au moins en partie à la plante elle-même. Cependant, il a été démontré que certains micro-organismes aident les plantes à tolérer et à se développer malgré divers stress environnementaux, tels que le stress dû aux métaux lourds. Dans ce cas, ces Plant Growth Promoting Microbes (PGPM) pourraient contribuer à la tolérance au stress par le biais de transporteurs de métaux précis. L'objectif de ce travail était d'analyser les données métagénomiques précédemment collectées dans les rhizosphères d'A. halleri et dans le sol environnemental voisin (bulk) pour montrer les différences entre les échantillons métallifères (M) et non-métallifères (NM). Ces différences pourraient alors être liées à des groupes microbiens particuliers et/ou à des familles de transporteurs de métaux particulières. Des alignements de référence largement échantillonnés de plus de 30 familles de transporteurs de métaux ont été assemblés et les arbres protéiques correspondants ont été inférés par maximum de vraisemblance après filtration des alignements. Les échantillons métagénomiques présentant une distribution atypique de la taille de scaffolds ont été écartés et les échantillons restants ont été standardisés par sous-échantillonnage aléatoire afin de contenir le même nombre total de scaffolds. Les alignements de référence ont été utilisés pour extraire des protéines orthologues dans les 72 échantillons métagénomiques, sur bases de recherches d'homologie sophistiquées. Les séquences environnementales ont ensuite été placées dans les arbres de référence par maximum de parcimonie et les quatre arbres enrichis (c'est-à-dire M-rhizosphère / M-bulk / NM-rhizosphère / NM-bulk) de chaque famille ont été comparés visuellement. Parallèlement, les compositions taxonomiques de tous les échantillons ont été analysées par des analyses en composantes principales et des tests PERMANOVA, afin d'identifier les familles pour lesquelles la séparation des échantillons reflétait le type d'échantillon. Alors que la plupart des cartes ACP n'ont pas révélé de différences évidentes entre les types d'échantillon, certaines d'entre elles ont montré un partitionnement relativement clair des quatre groupes ou des deux ensembles M et NM. Il s'agit notamment des clusters de protéines des familles Nramp, Lyse_ILT, ATPase de type P, CDF et RND. Ces observations ont été soutenues par un test statistique PERMANOVA évaluant le partitionnement des groupes en fonction de la métallicité sur la base des composantes principales, à l'exception de la famille des ATPases de type P, bien qu'il s'agisse de la famille dont le partitionnement en fonction de la métallicité est visuellement le plus flagrant sur l'ensemble des cartes ACP. Aucune conclusion claire n'a encore été tirée sur les organismes ou les groupes microbiens responsables de ce partitionnement. Cela est dû à la faible résolution des organismes de référence (en raison d'un large échantillonnage dans les trois domaines), et peut-être aussi à un manque de données. En effet, une très grande proportion de reads et de contigs non identifiés a été rejetée lors de l'assemblage. Toutefois, ce travail met en évidence des familles de transporteurs de métaux prometteuses et jette les bases pour de futures recherches. Un échantillonnage plus dense de taxons, spécifique à chaque famille de transporteurs, devrait être utilisé pour inférer des arbres de référence à plus haute résolution et identifier plus précisément les organismes qui pourraient jouer un rôle dans le caractère d'hyperaccumulation facultative d’A. halleri.