METAFONC

Une approche méta-omics pour l’etude des variations spatio-temporelles des patrons meta-fonctionnels

Roberto Geremia LECA Grenoble

Jean-Marc Bonneville LECA Grenoble Serge Aubert SAJF Grenoble

Fabrice Bertile BERTILE IPHC Strasbourg

Christine Carapito Univ. Strasbourg

Défi Enviromics, 27/01/15

Une brève histoire des –omics au col du Lautaret

Gradients abiotiques dans le vallon de Roche Noire • Radiation • Altitude • pH • SOM

Processus écologiques

Carex foetida

Kobresia myosuroides

Quand l’enneigement fait la différence combe à neige (LSM) et crète (ESM)

Accumulation de MO + ≈ 11% SOM ≈ 22 % SOM

Régimes thermiques contrastés

Décomposition des litières - +

- 15

- 1

0

- 5

0

5

1 0

1 5

2 0

Soil

tem

p. (

°C)

Jun

Jul

Au

g

Sep

Oct

No

v

Dec

Jan

Feb

Mar

Ap

r

May

ESM

LSM

Echantillonage

Month

-

+

Baptist et al, 2010.

-

CF

Croissance végétale - +

KD

KD CF

Gradients dans le vallon de Roche Noire Single Strand Conformation Polymorphism

Gradients abiotiques • Radiation • Altitude • pH • SOM

Diversité des communautés végétales

Zinger et al, 2011

Communautés microbiennes contrastées

Sol > ADN PCR ITS1 Séquençage 454 MOTUs 98% Assignation taxonomique Distances entre sites NMDS

MOTUs Eucaryotes /sans ID MOTUs fongiques

Lentendu et al, 2011

Les cortèges fongiques co-varient avec les communautés végétales

Metabarcoding: pyroséquencage, ITS1

Métatranscriptomique . I

Sites de crete et de combe Processus

écologiques

Carex foetida

Kobresia myosuroides

Fonctions biochimiques

du sol

Annotations fonctionelles : recherche d’enzymes

Data bases

Sol > ARN ARN polyA > cDNA Séquençage 454 Assignation des protéines codées Protéine + code EC

Blast2Go

SwissProt

MG-RAST

ESM

LSM

Expression différentielle d’enzymes du métabolisme des carbohydrates

Proté ines du m é tabolism e du carbone sur- ou sous- exprim ées.

Système

d'annotation

Protéine EC code LSM ESM p-value

Pyruvate dehydrogenase D1a EC 1.2.4.1 15 1 0,001

Malate synthase EC 2.3.3.9 11 0 0,004

Malate dehydrogenase EC 1.1.1.37 12 1 0,007

GAP3 dehydrogenase EC 1.2.1.9 8 0 0,01

Enoyl-CoA hydratase EC 4.2.1.17 13 2 0,02

D-xylose proton-symporter XylE 15 3 0,02

Glucoamylase EC 3.2.1.3 7 0 0,02

Pyruvate decarboxylase EC 4.1.1.1 7 0 0,02

aldo/keto reductase (d) 12 2 0,03

Enolase EC 4.2.1.11 11 2 0,05

Beta-glucosidase EC 3.2.1.21 1 15 1,E-04

put. isobutyryl-CoA mutase B EC 5.4.99.13 0 10 2,E-04

G3P transport (e) 6 0 0,03

Phosphoglucomutase EC 5.4.2.2 1 6 0,05

MG-RAST (a)

LSM ESM p-value LSM ESM p-value

17 6 0,09 20 5 0,03

9 0 0,01 15 1 0,001

22 12 0,38 30 14 0,13

9 0 0,01 9 0 0,01

4 4 1,00 3 2 1,00

2 0 0,51 0 1 0,44

2 2 1,00 9 3 0,24

26 12 0,14 28 20 0,78

2 7 0,05 5 9 0,18

0 14 1E-04 0 0

2 5 0,26 3 6 0,18

Blast2GO (b) SwissProt (b)

Les enzymes sur- et sous-exprimées dessinent des voies métaboliques différentes

ESM >

LSM >

α-glucose-1P α-glucose-6P

I

Amylose

D-glucose

H

Cellulose

J

B A

pyruvate acetyl-CoA

D

acetaldehyde

C

oxaloacetate

malate

succinate

succinyl-CoA citrate

glyoxylate

E

F

CO2 CO2

G

G

acetate

Malonate

Fatty acids,

Amino acids

Alimentation en glucose ≠ Utilisation immédiate en Combe Reserves (stress ?) en Crète

Code Enzyme A GAP3 DHase B Enolase C Pyruvate decarboxylase D Pyruvate DHase E1 E Malate synthase F Malate dehydrogenase G Enoyl-CoA hydratase H Glucoamylase I Phosphoglucomutase J Beta-glucosidase

Choix des sites Méta-transcriptomique et Méta-protéomique

LV, lande à Vaccinium

PF, prairie à Festuca

PF, prairie à Festuca LV, lande à Vaccinium

Méta- protéomique Enviromics METAFONC

Echantillonnage des sols

• Mise au point des protocoles d’extraction de protéines du sol

• Metabarcoding > bases de données ad hoc

• Analyse protéomiques

Comparaison de méta-transcriptomiques sans base de données

Relevés botaniques, AFC Sol ARN polyA > cDNA Séquençage HiSeq élimination rRNAs Commet (compareads) Distances entre sites PcoA

d = 0.5

LV1

LV2

LV3

PF1

PF2

PF3

d = 0.5

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Achi mill

Agro capi

Ajug pyraAlch cori

Alch glabAlch xant

Anem narc

Ante dioi

Anth lili

Anth nipp

Arni mont

Astr dani

Aven vers

Bart alpi

Camp barb

Camp rotu

Camp sche

Card defl

Care semp

Carl acau

Cent unifCera stri

Cera unif

Coel viri

Crep pyre

Daph striDian pavo

Empe herm

Erig unif

Euph mini

Fest pani

Fest rubr

Fest viol

Gali luci

Gali moll

Gali veru

Gent acauGent punc

Gera sylv

Geum mont

Gymn conoHeli gran

Hier ampl

Hier armeHier pele

Hier pilo

Hier vill

Homo alpi

Hype macu

Juni comm

Kobr myosLase hall

Lase lati

Lase sileLeon hisp

Leon pyre

Leuc vulg

Lili mart

Lotu alpi

Lotu corn

Luzu camp

Luzu lute

Luzu nutaLuzu spic

Mela sylv Meum atha

Myos alpe

Nard stri

Nigr nigrOnob mont

Pedi rosp

Pedi tube

Phle alpi

Phyt mich

Phyt orbi

Plan alpi

Plan serp

Plat bifo

Poly vivi

Pote aure

Pote cran

Pote gran

Pseu albi

Pulm angu

Puls alpi

Ranu mont

Rhamn alpiRhin alec

Rosa pimp

Rume camp

Semp mont

Sene doroSile nuta

Sile vulg

Sisy aust

Sorb aucu

Stac prad

Tara offi

Thes alpi

Thym polyTrau globTrif alpe

Trif alpi

Trif mont

Trif pratTris flav

Vacc micr

Vacc myrtVacc viti

Vero alli

Vero bell

ANR Eumetasol consortium

Une expression différentielle de voies métaboliques

Sol > ARN ARN polyA > cDNA Séquençage HiSeq Assignation des protéines codées: SwissProt Protéine + code EC Selection de 59 codes EC

ANR Eumetasol consortium

Merci de votre attention