Journée thématique Transcriptomique complexe - " De la dual transcriptomique à la métatranscriptomique : challenges et perspectives " - INRA

Journée thématique Transcriptomique complexe

« De la dual transcriptomique à la métatranscriptomique :
                challenges et perspectives »

                       10 décembre 2019, Nancy
    Présidence de l’Université de Lorraine, 34 Cours Léopold, 54000 NANCY

Le GDR GE, le GDR BIM et le LABEX ARBRE organisent conjointement la
journée thématique Transcriptomique complexe : « De la dual transcriptomique
à la métatranscriptomique : challenges et perspectives »

Ce séminaire a pour objet d’apporter les derniers éclairages et avancées sur la
métatranscriptomique des communautés, de la transcriptomique d'échantillons
mélangeant hôtes-microbes (co-transcriptomique, ou « dual-transcriptomics ») à la
metatranscriptomique des méta-communautés, tout en passant par la transcriptomique
comparative d'espèces proches (para-transcriptomique).

Tous les modèles biologiques et tous environnements sont concernés !

Comité d’organisation :
  - Aubert Julie (julie.aubert@agroparistech.fr)
  - Auer Lucas (Lucas.Auer@inra.fr)
  - Buée Marc (marc.buee@inra.fr)
  - Didier Agnès (agnes.didier@inra.fr)
  - Kohler Annegret (annegret.kohler@inra.fr)
  - Morin Emmanuelle (emmanuelle.morin@inra.fr)
  - Thirion Noémie (noemie.thirion@inra.fr)
  - Uroz Stéphane (stephane.uroz@inra.fr)

Merci aux partenaires scientifiques et financiers
  - GDR GE (Génomique Environnementale)
  - Labex ARBRE (Recherches Avancées sur la Biologie de l’Arbre et les
     Ecosystèmes Forestiers)
  - GDR BIM (Bioinformatique Moléculaire)

Journée thématique Transcriptomique complexe - « De la dual transcriptomique à la
                    métatranscriptomique : challenges et perspectives »

                        Programme (communications orales)

9h30 – 9h50 : Accueil des participants (avec café et boissons)

9h50-10h05 : Introduction de la journée (représentants BiM, GE, Labex)

Conférence introductive (10h10-11h) :
   - Eric Pelletier (Genoscope, Evry): Ocean ‘omics: Towards large scale analysis of marine
      eukaryotic plankton

Méthodes, analyses et défis technologiques
11h - 12h00 (2 x 30 min)
   - Claude Thermes (Plateforme de séquençage I2BC Gif-sur-Yvette) : Séquençage de
       transcriptome « single molecule » en utilisant le MinION (technologie Nanopore) pour
       étudier des isoformes d'épissage.
   - Pierre Nicolas (UR 1404 MaIAGE, Jouy): Métatranscriptomique et plan factoriel complet
       pour l'étude des interactions dans un biofilm synthétique de quatre espèces bactériennes
       (Metatranscriptomics and full factorial design for the study of interactions in a synthetic
       biofilm of four bacterial species)

12h-13h15 : Pause déjeuner (interaction autour des posters)

Quelles perspectives au regard des différents écosystèmes et organismes?
13h15- 14h45 : (2 x 30 min)
   - Annegret Kohler (UMR 1136 IAM, Champenoux) : Séquençages de génomes et dual
       transcriptomique dans les interaction symbiotiques plantes - champignons
   - Natacha KREMER et Mariana Ferrarini - Etude des interactions symbiotiques insectes-
       bactéries par Dual-RNAseq'

Pause de 45 minutes (Café et discussion)

15h30 - 17h : (2 x 30 min)
   - Dominique Swennen (UMR 782 GMPA, Thiverval Grignon): Etude de la stabilité et de la
       redondance fonctionnelle d'un écosystème microbien des fromages par une approche
       métatranscriptomique
   - Lucas Auer (UMR 1136 IAM, Champenoux): Analyses de données Métatranscriptomiques
       à partir d’écosystèmes complexes: quels compromis entre exhaustivité et fiabilité?

17h Bilan de la journée, puis départ des participants

Communications orales
  (orateurs invités)

Ocean ‘omics: Towards large scale analysis of marine eukaryotic plankton

Eric Pelletier* et al.
(*) Génoscope, 2 Rue Gaston Crémieux, 91000 Évry

Exploration of microbial communities was originally performed by accessing the DNA content
extracted from environmental samples, and such approaches were proven to be highly successful in
unveiling the tantalizing life diversity of natural ecosystems and in describing community
compositions and fluctuations across a still growing collection of biomes. However these
metagenomic-based approaches did not allow access to the active functional repertoire of organisms
and communities, and often the prevalence of gene copy numbers was used as a proxy for the
functional activities. To circumvent these limitations, metatranscriptomic based approaches can be
used which focus on the mRNA content of the cells and provide access to actively transcribed
genes. When applied to eukaryote organisms, these methods avoid possibly large non-coding
fractions of mosaic eukaryotic genomes and eliminate the tedious task of predicting exons.
We used these metatranscriptomic based approaches in the context of the Tara Oceans project to
study the yet poorly described eukaryotic compartment of the marine plankton. An overview of our
recent and ongoing work to showcase the pros and cons of these techniques will be provided.

Séquençage de transcriptome par nanopore (GridION) pour déterminer des
                            isoformes d'épissage

Evangelia Eleftheriou1, Mayram González-Reyes2, Yves d’Aubenton-Carafa1, Erwin van Dijk1,
Kevin Gorrichon1, Delphine Naquin1, Claude Thermes1*, Jorge Aragon2, Jérôme E Roger3, Cecilia
Montañez2, Cyrille Vaillend4
1*
   Plateforme de séquençage, Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC) CNRS, av. de la
Terrasse, Gif-sur-Yvette, 91198, France
2
  Departamento de Genética y Biología Molecular, Centro de Investigación y de Estudios
Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Mexico City, Mexico
3
  Paris-Saclay Institute of Neuroscience, CERTO-Retina France, CNRS, Univ Paris Sud, Université
Paris-Saclay, Orsay 91405, France
4
  Neuroscience Paris-Saclay Institute (Neuro-PSI), Université Paris Sud, CNRS, Université Paris
Saclay, Orsay, France

L’épissage alternatif des pré-messagers est un processus très fréquent chez les eucaryotes ; chez
l’Homme, ce processus concerne la très grande majorité des gènes. La détermination du
transcriptome par RNA-seq en utilisant le séquençage Illumina ne permet pas d’identifier avec
précision les différentes isoformes obtenues à partir des pré-messagers (taille des « reads » limitée
typiquement à 75-150 nt, présence de gènes paralogues). Ces difficultés peuvent être surmontées en
utilisant les technologies de séquençage de 3ème génération telles que celles développées par Pacific
Biosciences et Oxford Nanopore Technologies, qui permettent d’obtenir des cDNAs complets. Ces
technologies présentent toutefois des taux d’erreurs élevés (10-15 %) qui peuvent perturber
l’identification précise des isoformes. Nous présentons une étude d’isoformes obtenues à partir du
gène de la dystrophine (DMD). Ce gène de très grande taille (2.3 Mb) dont des mutants sont
impliqués dans des dystrophies musculaires (dystrophie de Duchenne) possède plusieurs
promoteurs ainsi que diverses isoformes d’épissage générant des familles de dystrophines. Nous
nous intéressons à la famille Dp71 (promoteur exprimant les exons 63 à 79 de DMD) et à ses
diverses isoformes. Dp71 est la famille majoritaire des dystrophines exprimées dans le système
nerveux central et est associée à certains retards mentaux. Nous présentons ici une étude des
transcrits de Dp71 chez la souris utilisant le séquençage de cDNAs par nanopore (GridION)
analysés avec le logiciel FLAIR (Full-Length Alternative Isoform Analysis of RNA)1 qui aligne les
séquences sur le génome, les corrige et les regroupe pour identifier et quantifier les diverses
isoformes.

[1] Tang et al., bioRxiv, Sept. 2018

Métatranscriptomique et plan factoriel complet pour l'étude des interactions
           dans un biofilm synthétique de quatre espèces bactériennes

Narimane Dahmane1,2, Amaury Monmeyran3, Cyprien Guérin2, Nelly Henry3, Matthieu Jules1,
Stéphane Aymerich1, Pierre Nicolas2
1
  MICALIS, INRA-AgroParisTech, Université Paris-Saclay, Jouy-en-Josas
2
  MaIAGE, INRA, Université Paris-Saclay, Jouy-en-Josas
3
  LJP, CNRS Sorbonne Université

Le mode de vie en biofilm permet aux bactéries de se développer sur une surface sous forme de
communautés solidarisées dans une matrice adhésive et protectrice. Malgré l’importance
écologique, économique et médicale de ces communautés bactériennes, leur fonctionnement reste
mal connu et difficile à étudier. Pour aborder cette question, nous nous sommes intéressés à un
biofilm synthétique de quatre espèces cultivé dans un dispositif millifluidique via la caractérisation
par métatranscriptomique des quinze combinaisons possibles des quatre espèces. Nous décrirons ici
l’analyse de ces données issues d’un ”plan factoriel complet” appliqué à un modèle simple de
communauté conçu pour offrir un cadre très privilégié pour aborder l’étude des interactions
bactériennes. Cette analyse présente malgré tout nombre de difficultés caractéristiques des défis de
la ”transcriptomique complexe” liés à l’hétérogénéité des abondances, aux biais de séquençage, aux
difficultés du contrôle des conditions expérimentales, mais aussi à l’articulation des niveaux intra et
inter-organismes. Les résultats obtenus révèlent plusieurs types d’interactions positives et négatives.

Mycorrhizal genomes and transcriptomes

Annegret Kohler 1, Emmanuelle Morin 1, Shingo Miyauchi 1, Igor Grigoriev 2, Francis Martin 1 &
the Mycorrhizal Genome Initiative
1
  Institut national de la recherche agronomique (INRA), Unité Mixte de Recherche 1136 INRA-
Université de Lorraine, Interactions Arbres/Microorganismes, Centre INRA-Grand Est-Nancy,
Champenoux, France.
2
  US Department of Energy, Joint Genome Institute (JGI), Walnut Creek, California, USA

Over 90% of plants form a symbiotic relationship with soil fungi. These associations are present in
almost all ecosystems, having therefore a strong impact on plant growth and health and playing a
key role in element cycles. Several forms of mycorrhiza exist, for example endomycorrhiza, like the
predominant arbuscular mycorrhiza (AM) or the more specialised ericoid (ERM) and orchid (ORM)
mycorrhiza. Ectomycorrhizal (ECM) fungi are essential for forest ecosystems. Fungal hyphae
surround root tips of host trees and penetrate between cells to form a symbiotic interface dedicated
to nutrient exchange. In exchange for carbohydrates, ECM fungi offer an improved mineral supply
to trees. Since the first ectomycorrhizal genome of Laccaria bicolor was published in 2008, a
wealth of mycorrhizal genomic and transcriptomic information has become available, because of
the recent advances in the sequencing technologies and large-scale international efforts as the 1000
Fungal Genomes Project. Mycorrrhizal roots are composite tissues of two eukaryotic partners and a
Dual-RNA-Seq approach is used to study their transcriptomes. The percentage of fungal reads
within the sequence pool can be as low as a few percent until up to 80%, depending on the
mycorrhiza type or developmental stage, which makes it difficult to predict the required sequencing
depth, but also to normalize between samples. The availability of mycorrhizal transcriptomes
enabled us to identify key signaling molecules for mycorrhizal associations such as the mycorrhiza-
induced small-secreted protein7 in L. bicolor and to further characterize them, but also to compare
mycorrhizal transcriptomes and to identify conserved symbiosis-related genes.

Study of insect-bacteria symbiotic interactions by Dual-RNAseq

Natacha Kremer 1, Mariana Galvao Ferrarini 1,2, Hélène Henri 1, Sandrine Hughes 3, Benjamin
Gillet 3, Diego Santos Garcia 1, Justin Maire 2, Agnès Vallier 2, Anna Zaidman-Rémy 2, Abdelaziz
Heddi 2, Fabrice Vavre 1, Nicolas Parisot 2.
1
  Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive, Université de Lyon, Université Lyon 1, UMR
CNRS 5558, Villeurbanne, F-69622, France.
2
  Laboratoire Biologie Fonctionnelle, Insectes, Interactions. Université de Lyon, INSA-Lyon, INRA,
BF2I, UMR0203, Villeurbanne, F- 69621, France.
3
  Plateforme de séquençage, Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon, Université de Lyon,
Ecole Normale Supérieure de Lyon, UMR CNRS 5242, Lyon, F-69007, France.

Animals are living in symbiosis with tightly regulated bacterial communities that can strongly
impact their phenotype. Indeed, while bacteria were classically associated with pathogenesis, recent
work on microbiota shows that they can also benefit their host, notably by providing nutrients or
protection against infection by other pathogens. In insects, including insect pests and disease
vectors, heritable intracellular bacteria (endosymbionts) are particularly common. These symbiotic
associations have been extensively studied on a physiological, ecological and evolutionary levels;
however, few studies have focused on the molecular dialogue between the host and its associated
endosymbionts to identify the genes and pathways directly involved in this symbiosis. The first
studies in this field are based on the separate analysis of the insect and the endosymbionts, making
it difficult to decipher the genetic mechanisms underlying their interaction. Indeed, obtaining high-
throughput data simultaneously on the different symbiotic partners is a major technological
bottleneck, and to overcome this issue, we have developed a host-symbiont metatranscriptomic
approach, called Dual-RNAseq. We developed this innovative technique for the study of the
symbiosis in various insect species (cereal weevil, fruit fly, pea aphid, whitefly) using the Ovation
NuGEN technology. This method allows us to enrich for host and bacterial mRNA by specifically
depleting ribosomal RNA of the target insect species and its prokaryotic microbiota. Here, we will
present the Dual-RNAseq projects that we are currently developing to better characterize the
molecular dialogue between different insects and their symbionts. After a rapid description of the
experimental protocol, we will focus on one particular symbiotic system, the association between
the cereal weevil Sitophilus oryzae and its nutritional symbiont Sodalis pierantonius. Indeed, the
development of bioinformatic tools has shed light on the molecular bases of a drastic reorganization
of the bacteriome, the specialized organ hosting symbionts, during the insect’s life cycle.

Etude de la stabilité et de la redondance fonctionnelle d'un écosystème
        microbien des fromages par une approche métatranscriptomique

Dominique Swennen1
1
  INRA, UMR 782 Génie et Microbiologie des Procédés Alimentaires, F-78850, Thiverval-Grignon,
France.

La production de fromages implique une transformation biochimique et biophysique du lait par une
communauté microbienne qui est responsable des propriétés aromatiques et de texture finales du
produit fermenté. L’écosystème microbien du fromage est dense mais relativement peu complexe et
composé de microorganismes procaryotes et eucaryotes pour la plupart cultivables. Le processus
d’affinage peut ainsi être reproduit dans des conditions contrôlées. Un écosystème réduit composé
de 3 levures et 6 bactéries a été assemblé au laboratoire grâce à une procédure sensorielle pour
mimer celui du fromage Livarot. Les génomes des 9 microorganismes ont été séquencés et annotés
ce qui permet d’accéder à l’expression des gènes dans diverses conditions grâce à l’utilisation d’une
approche métatranscriptomique. Des études écologiques et biochimiques ont montré le
commensalisme entre les bactéries et les levures et le rôle essentiel des levures dans l’alcalinisation
du caillé fromager pour la croissance des bactéries d’affinage acido-sensibles. Au cours d’un projet
visant à étudier la stabilité et la redondance fonctionnelle de cet écosystème microbien, une
expérience d’omission des levures Debaryomyces hansenii ou Geotrichum candidum a été
effectuée. Des données de croissance, de pH, de lipolyse, de protéolyse, de production d’arômes ont
été récoltées en même temps que les ARN ont été extraits en vue de leur séquençage, à quatre
points de temps au cours de l’affinage. Lors de la conférence seront abordés les choix
méthodologiques qui ont été effectués, tant pour les aspects de normalisation que d’intégration des
données hétérogènes. Les premiers résultats d’analyse seront exposés afin d’illustrer l’influence de
l’omission de certaines levures sur le fonctionnement de l’écosystème microbien fromager.

Analyses de données métatranscriptomiques à partir d’écosystèmes complexes :
               quels compromis entre exhaustivité et fiabilité ?

Lucas Auer1, M Buée1, L Fauchery1, V Lombard2, B Henrissat2, B Foster3, K Barry3, I Grigoriev3,
A Kohler1, F Martin1
1
  Université de Lorraine, Inra, IAM, F-54000 Nancy, France
2
  CNRS, UMR 7257, Aix-Marseille Université, Marseille, France
3
  Joint Genome Institute, US Department of Energy (DOE), Walnut Creek, CA, 2800, USA

Les progrès de la méta-omique donnent accès à l'analyse d'échantillons environnementaux à de
larges échelles spatiales et, plus important encore, à l'analyse simultanée de tous les organismes en
interaction dans un écosystème. En appliquant la méta-transcriptomique comparée aux sols
forestiers, nos projets visent à étudier et comprendre le fonctionnement et la dynamique de
communautés microbiennes naturelles à l’« échelle de la communauté entière ».

Cependant, les sols forestiers fournissent des échantillons environnementaux extrêmement
complexes et leur utilisation en écologie moléculaire, ainsi que l’exploitation des données en
bioinformatique, constituent encore des défis. En raison de la grande richesse biologique et des
connaissances encore faibles sur ces environnements, même un séquençage à forte profondeur ne
permet de caractériser que partiellement les fonctions et taxons des échantillons de sols forestiers,
avec de nombreux transcrits incomplets et une faible couverture. Les stratégies de traitement des
données sont donc critiques et déterminent fortement les analyses et leurs interprétations en aval.
Des stratégies de filtrage agressives sont faciles et rapides, mais donnent des résultats peu raffinés
avec une faible exhaustivité et une stochasticité potentiellement élevée et erronée. À l'inverse, des
stratégies plus douces donnent des résultats plus riches mais introduisent des risques plus élevés de
faux positifs.

En utilisant comme exemple concret les données du projet JGI CSP « Metatranscriptomics of Soil
Forest Ecosystems », les étapes critiques d’analyse seront présentées, telles que le co-assemblage de
novo, les annotations utilisant des bases de données spécialisées ou les analyses statistiques. A
défaut de solution optimale universelle, les moyens de traiter ces problèmes seront discutés afin de
fournir i) des orientations méthodologiques pour les études futures et ii) des mises en garde contre
le risque d’interprétations biaisées des résultats de méta-transcriptomique et de conclusions
erronées.

Présentations par affiches

Feedback on a comparative metatranscriptomic analysis

Cédric Midoux1, 2, Tiago P. Delforno3, Thais Z. Macedo4, Gileno V. Lacerda JR.3, Olivier Rué2,
Mahendra Mariadassou2, Maria B. A. Varesche4, Théodore Bouchez1, Valéria M. Oliveira3,
Valentin Loux2, Ariane Bize1*1*PROSE, IRSTEA, Antony, France, 1 rue Pierre-Gilles de Gennes,
CS 10030, F-927612MaIAGE, INRA, Université Paris-Saclay, France3Microbial Resources
Division, Research Center for Chemistry, Biology and Agriculture (CPQBA), Campinas University
- UNICAMP, Campinas, Brazil4Laboratory of Biological Processes, Department of Hydraulics and
Sanitation, Engineering School of São Carlos, University of São Paulo (EESC - USP), Brazil
     The progress of next generation sequencing favors the development of more
     comprehensive ecosystem studies thanks to metatranscriptomic approaches. These latter
     can indeed provide access to functional information at a good analysis depth. Through a
     study of anaerobic digesters treating anionic surfactant contaminated wastewater [1]
     (namely the linear alkylbenzene sulfonate, LAS), we developed a bioinformatics pipeline
     to perform the RNAseq data analysis for shotgun metatranscriptomics data.In this pipe-
     line, the raw data are cleaned and pre-processed. Reads corresponding to rRNA are
     detected and discarded from the datasets. After a normalization step based on k-mer
     counts, the mRNA reads from the datasets are de novo co-assembled using the Trinity
     software. Coding regions of the metatranscriptomic assembly are subsequently predicted
     and annotated. For functional annotation, sequences with matches to the eggNOG and
     KEGG GENES databases are retrieved to establish functional categories and reconstruct
     the metabolic pathways. For taxonomic classification, the sequences are assigned by
     comparing them to a NCBI-nr database. For each dataset individually, reads are mapped
     back to the co-assembled contigs. Eventually, a count table is constructed; it contains, for
     each predicted gene, the counts obtained by samples, as well as the associated taxonomic
     and functional annotations.After aggregation and statistical analysis, this study enabled
     detecting active genes likely involved in each step of LAS biodegradation and exploring
     the microbial active core related to LAS degradation.

Références bibliographiques

     [1] Delforno TP et al., Sci Total Environ, 2019. 649:482-494

Mots clés
     metatranscriptomics, microbial communities, bioinformatics pipe-line, anaerobic digestion,
     anionic surfactant degradation

SOLCA project:
      benefits of doing both metagenomics and metatranscriptomics on soil

Evert van Schaik1,2, Mélanie Lelièvre1, Marine Martin1, Solène Perrin1, Laura Meredith3, Olivier
Rué4, Valentin Loux4, Lisa Wingate2, Samuel Mondy*1 Agroécologie, AgroSup Dijon, INRA,
Université Bourgogne Franche-Comté, Dijon, 21065, France2 INRA, UMR ISPA, Villenave
d'Ornon, France.3 Department of Earth System Science, Stanford University, Stanford, CA, 94305,
USA4 MaIAGE, INRA, Université Paris-Saclay, 78350 Jouy-en-Josas, France * Plateforme
GenoSol, UMR Agroécologie, INRA centre de Dijon, 17 rue Sully, 21065 Dijon Cedex

     Soil environments are often considered as too complex to perform metatranscriptomics
     analysis on. During the SOLCA project (ERC, coordinator Lisa Wingate, UMR1391
     ISPA), we performed omics on soils from an European transect (natural and managed
     forests, orchards and meadows in boreal, temperate regions). The soils were amended with
     nitrogen under controlled conditions. The overall uptake/intake of COS was measured
     during the experiment and soils were sampled for omics analyses. We assembled and
     mapped both metagenomics and metatranscriptomics. We used HMM model dedicated to
     CA prediction and measured the abundance of CA according location and nitrogen
     treatment.

Mots clés
     metagenomics, metatranscriptomics, HMM,soil

Développement d’un pipeline d’analyses métatranscriptomiques : Illustration
                par l’étude de sédiments marins contaminés

Auteurs : Julie HARDY1,2,3, Patricia BONIN1, Léa CABROL1, Sandy CONTRERAS3, Stéphanie
FERREIRA3, Aude FOURCANS2, Sébastien LACROIX2, Adèle LAZUKA2, Anne-Sophie
LEPEUPLE2, Cécile MILITON1, Charlotte URIEN3.1Institut Méditerranéen d’Océanographie,
Marseille, France, Bâtiment Méditerranée, Campus de Luminy, 163 Avenue de Luminy,
132882VERI, Maisons-Lafitte, France, Chemin de la Digue, 786003GENOSCREEN, Lille, France,
1 Rue du Professeur Calmette, 59000

     L’objectif de cette étude est de développer un pipeline d’analyse de données RNA-seq
     dans le domaine de la métatranscriptomique environnementale, dédié à des biologistes
     non-nécessairement bio-informaticiens. Ce pipeline offrira différentes alternatives dans le
     choix des logiciels et des paramètres afin d’optimiser les analyses.Ce pipeline est composé
     de différentes étapes, chacune ayant été testée et optimisée sur un jeu de données in silico
     composé de trois transcriptomes publiés (Brecibacillus borstelensis, Vibrio alginolyticus,
     Achromobacter spp.).Après nettoyage, les séquences sont alignées contre différentes bases
     de données afin de conserver uniquement les ARNm. Ensuite l’étape d’assemblage de
     novo consiste à construire des contigs à partir des séquences non ribosomiques. Le
     métatranscriptome ainsi formé sert de référence pour l’étape d’expression différentielle. A
     cette étape, les gènes significativement sur- ou sous-exprimés en fonction des conditions
     testées sont identifiés.Enfin, l’annotation fonctionnelle assigne les voies métaboliques et
     les enzymes d’intérêt correspondant aux gènes différentiellement exprimés. Une analyse
     taxonomique est également possible à partir des données ARN ribosomiques.Pour tester ce
     pipeline, des données RNA-seq provenant d’une étude expérimentale de sédiments marins
     côtiers exposés à quatre conditions différentes, en triplicat (i.e. ajout d’hydrocarbures et
     bioturbation par un polychète marin) ont été analysées. A ce stade, nous présentons les
     résultats de validation et optimisation obtenus à l’issue de chacune des étapes du pipeline.
     L’approche métatranscriptomique permettra de caractériser les gènes et les voies
     métaboliques impliqués dans le fonctionnement des écosystèmes étudiés.

Mots clés
     métatranscriptomique, pipeline, d’analyse de données RNA-seq

Communautés bactériennes endophytes de graines de plantes pseudo-
                              métallophytes

Auteurs: Alexis Durand1*, Cristina Gonnelli2, Andrea Coppi2, Giovanni Bacci3, Thibault
Sterckeman1,Pierre Léglize1 , Emile Benizri1*1Laboratoire Sols et Environnement, UMR 1120,
Université de Lorraine-INRA, 2 avenue de la Forêt de Haye, BP 20163, 54505 Vandoeuvre-lès-
Nancy Cedex, France2Laboratorio di Ecologia e Figraines Fisiologia Vegetale, Dipartimento di
Biologia Università degli Studi di Firenze Via P.A. Micheli 1, 50121 Firenze, Italia3Dipartimento
di Biologia, Università di Firenze, via Madonna del Piano, 6 - 50019 Sesto Fiorentino, Italia

     Les plantes pseudo-metallophytes sont particulièrement adaptées aux sols riches en métaux
     et la germination de leurs graines est une étape critique de leur cycle de développement.
     Par contre, les communautés bactériennes endophytes des graines de ces plantes sont
     encore peu connues [1].Ainsi, par une approche de séquençage haut débit, nos travaux ont
     permis de caractériser les communautés bactériennes endophytes de graines provenant de
     25 populations de plantes pseudo-métallophytes des genres, Noccaea (représenté pas la
     seule espèce N. caerulescens, collectée en France) et Odontarrhena (représenté par 7
     espèces, collectées en Albanie). De plus, la génétique de ces populations et les
     caractéristiques physicochimiques des sols ont été précédemment décrites [2, 3].Malgré
     des sols dont les caractéristiques physico-chimiques sont différentes, mais aussi des
     différences d’un point de vue génétique entre les populations végétales, il existe un core
     génome des bactéries endophytes des graines des populations de pseudo-metallophytes
     étudiées. Pourtant, dans le détaille la structure et la diversité bactérienne de cette
     communauté est d’avantage influencée par la génétique des populations végétales, que par
     la physico-chimie des sols. Cette communauté de bactéries endophytes de graines de
     plantes pseudo-metallophytes est composée de quelques dizaines d’OTUs (Unités
     Taxonomiques Opérationnelles), qui de par leurs caractéristiques potentielles de PGPE
     (Plant Growth Promoting Endophyte), pourraient être valorisées dans un contexte de
     bioremediation. Les approches de la dual transcriptomique à la métatranscriptomique
     pourraient permettre de mieux comprendre les interactions effectives entre les endophytes
     des graines et la jeune plante.

Références bibliographiques

     [1] Nelson EB Plant Soil, 2018, 422(1-2), 7-34[2] Gonneau C et al., Mol Ecol, 2017, 26,
     904-922[3] Bettarini I et al., Plant Soil, 2019, 1-15

Mots clés
     PGPE, Endophytes de graines, Plantes pseudo-métallophytes, Diversité des communautés
     bactériennes

Transcriptional and functional analyzes of symbiotic coral micro-algae in the
                     framework of Tara Pacific expedition

Julie Lê-Hoang, Eric Armstrong, Quentin Carradec, Patrick WinckerGénomique Métabolique,
Genoscope, Institut François Jacob, CEA, CNRS, Université d’Évry Val d’Essonne, Université
Paris-Saclay

     Coral reefs represent a very important ecosystem essential for the life of many marine
     species. They are very well studied in the context of coral bleaching, which increases coral
     mortality in almost all reefs. This coral mortality is induced by the break of the obligatory
     symbiosis, between the symbiotic micro-algae and the coral host, leading to the expulsion
     of the micro-algae and then the loss of coral coloration (named coral bleaching). This
     phenomenon is linked to corals under stress conditions, like temperature rising or specific
     pollutions. In this context, the Tara Pacific expedition proposes a vast sampling campaign
     to study healthy corals at ocean scale and to better understand the adaptation of these
     organisms to environmental changes. In this context we analyze metatranscriptomic data
     sequenced from 3 coral species (Millepora platyphylla, Pocillopora meandrina and Porites
     lobata) sampled around 15 islands by Tara consortium in the Pacific Ocean. With these
     data and bioinformatic methods we are able to (i) Study the different Symbiodiniaceae
     species present in each coral (ii) Looking for genes differentially expressed in the different
     micro-algae between each island and for each coral (iii) Realize functional analyzes in
     order to observe the transcriptional adaptation of Symbiodiniaceae. Among these samples
     and with different bioinformatic methods we found three different situations where
     Symbiodiniaceae expressions are linked to coral species, localization and/or physico-
     chemical parameters. Overall, biological functions of differentially expressed genes
     confirm the importance of coral micro-algae in the coral reef adaptation in the Pacific
     Ocean.

Mots clés
     Symbiodiniaceae, Transcriptomic, Tara pacific, Coral, Environment

Ostreid herpesvirus type 1 gene expression temporality revealed by RNAseq
  analyses of OsHV-1 infected haemocytes of cupped oyster (Crassostrea gigas)

Margot Tragin1, Nicole Faury1, Jean-Baptiste Lamy1, Sandy Picot1, Tristan Renault2, Benjamin
Morga1*
1 Ifremer (Institut Français de Recherche pour l’Exploitation de la Mer), Laboratoire de Génétique
et de Pathologie des Mollusques Marins (SG2M), La Tremblade, France2 Ifremer, Département
Ressources Biologiques et Environnement (RBE), Nantes, France

     Temporal expression patterns of herpesviruses at the entire genome scale were already
     demonstrated in mammals and fish, but not yet in mollusks. Here, in vitro infections of
     Crassostrea gigas haemocytes by a viral suspension of OsHV-1 were performed and
     followed from 0 hours to 8 hours post contact by RNAseq. The data from 12 samples were
     analyzed by a home-coded bioinformatics pipeline and normalized to allow intra- as well
     as inter-sample comparisons.Along time series, an increasing number of reads, from 169
     (right after contact) to 153521 (8 hours after contact, hpc), mapped the OsHV-1 µvar A
     reference genome. Reads were distributed on the 142 gene predictions (132 Open Reading
     Frames, ORFs) of the virus reference genome and some reads especially mapped the
     ORF.IN regions, which are typical of µvar OsHV-1 variant. Temporal clustering
     normalized reads per gene predictions (gp) was performed on the data and revealed 4 main
     clusters in which 3 matched previous literature description. Four gp reached their
     maximum between 0 and 1 hpc corresponding to putative “immediate-early” genes, 7 gp (5
     ORFs) showed a peak at 2 hpc corresponding to putative “early” genes, 29 gp in a cluster
     and 5 gp in another reached their maximum between 2 and 4 hpc corresponding to putative
     “late” and/or “early-late” genes. However, the last group of 5 gp was clustered with 5 other
     gp, which curves presented both a peak of normalized reads count at 20 minutes post
     contact and an increase at 8 hpc.These results clearly showed that OsHV-1 genes were
     temporally expressed, but they also suggested that the temporal clustering method seemed
     to gather genes according both the temporality and the intensity of normalized reads
     count. In the short term, RNAseq data from longer time series (from 0 to 24 hpc) will be
     analyzed. The new dataset will help confirming the very beginning of OsHV-1 gene
     expression temporality and it should allow to compare OsHV-1 temporal expression cycle
     infecting susceptible and resistant oyster haemocytes.

Mots clés
     OsHV-1, C. gigas, haemocytes, Temporal gene expression, in vitro viral infection,
     RNAseq

Effect of chronic stress on host-microbiota associations across organs along the
                                   mice intestine

Johanna Zoppi 1, Philippe Bordron1, Maxime Mahe1, Damien Eveillard2,3, Mibiogate Consortium,
Samuel Chaffron2,3 and Michel Neunlist1
1
  INSERM-UMR 1235 TENS, Nantes, France
2
  Université de Nantes, Centrale Nantes, CNRS-UMR 6004, LS2N, Nantes, France
3
  Research Federation (FR2022) Tara Ocean GO-SEE, Paris, France

The gut microbiota composition and its function are increasingly recognized as being regulated by a
combination of host and luminal derived factors such as pH, immune activity, oxygen and nutrient
levels. However, the biogeographic composition of gut microbiota and its association with host
transcriptomic responses remains largely unknown. Chronic psychological stress is recognized as
being a key environmental factor contributing to the deleterious evolution of many chronic diseases.
Thus, we aimed at analyzing changes in host microbiota associations between the intestinal
epithelial cells, the luminal as well as adherent microbiota in Proximal Colon induced by chronic
repeated stressors in a mice model.
Here, we show that host-microbiota associations across the gut barrier of C57BL/6 mice is region
specific and influenced by stress. To identify how the host epithelial functions can be linked to
microbes in adherent or luminal regions we used a reductionist approach to better associate 16S
rRNA OTUs to host transcriptomic data. Differential analyses between control and stressed mice
revealed changes in several lineages’ abundance as well as in gene expression. Furthermore, we
observed an important fraction of the host-microbiota associations to be influenced by the exposure
to chronic stress and identified associated host-microbiota markers induced by the stress response.
Through the exploration of host-microbiota associations linked to chronic stress, we gain insights
into how the gut functional biogeography can potentially be modulated by the host physiology. In
addition, we also identified novel bacterial lineages and host transcriptomic signature that could
contribute to organ dysfunctions induced by stress setting up the basis to develop novel therapeutic
strategies to prevent/treat these dysfunctions.

Méta-transcriptomes racinaires de plante – microbiote associé - agent pathogène

Susete Alves-Carvalho1, Kévin Gazengel1, Juliette Linglin1, Lionel Lebreton1, Christophe Mougel1,
Stéphanie Daval1*
1
    IGEPP, INRA, Agrocampus Ouest, Université Rennes, Le Rheu, F-35653, France

Les plantes sont associées à des communautés microbiennes (microbiote), dont la structure, la
composition et le réseau d’interactions sont cruciaux pour l’adaptation aux stress et la performance
des plantes. Un défi majeur consiste à combiner les études de diversité avec des études
fonctionnelles pour mieux comprendre les mécanismes modulant l’immunité de la plante et/ou le
pouvoir pathogène des bio-agresseurs en lien avec les fonctions du microbiote. Pour cela, nous
développons des approches de méta-transcriptomique du compartiment racinaire sur le
pathosystème « Brassica napus / protiste Plasmodiophora brassicae ». Le séquençage des ARNm
eucaryotes (plante, agent pathogène et micro-eucaryotes) permet l’étude des profils
transcriptomiques de chacun des protagonistes. En revanche, l’identification de la fraction d’ARNm
bactériens, en faible concentration dans les racines de plante, nécessite des approches
d’enrichissement grâce à des méthodes de déplétions à partir des ARN totaux et des analyses bio-
informatiques adéquates. Nos résultats montrent que : i) la déplétion des ARNm eucaryotes doit être
effectuée en premier pour éviter des biais dans la quantification des ARNm plante et agent
pathogène ; ii) la déplétion des ARNr permet d’en éliminer efficacement 80% ; iii) l’affiliation
taxonomique des ARNm bactériens est bonne (identification de 80% des reads) mais ces ARNm
bactériens ne représentent que 2% des ARNm, rendant difficile l’identification des fonctions
présentes. Les étapes d’enrichissement en ARNm bactériens et d’analyses bio-informatiques
(couplage à du séquençage des génomes bactériens présents, amélioration des bases de données)
sont en développement pour mieux accéder à la fraction active des bactéries dans les racines.

Metatranscriptomic exploration of the role of methylotrophic microbial
                       communities in cloud chemistry

Françoise Bringel1*, Yousra Louhichi1, Thierry Nadalig1, Stéphane Vuilleumier1, Jean-Charles
Portais2, Laurent Deguillaume3, Pierre Amato4, Anne-Marie Delort4
1
  Génétique Moléculaire, Génomique, Microbiologie, UMR 7156 CNRS, Strasbourg
2
  Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, INRA UMR 792, CNRS UMR
   5504, Toulouse
3
  Laboratoire de Météorologie Physique de Clermont-Ferrand (LaMP/OPGC), UMR 6016 CNRS,
   Clermont-Ferrand
4
  Institut de Chimie de Clermont-Ferrand, UMR 6296 CNRS, Clermont-Ferrand

The poster presents the metatranscriptomics task within the ANR-funded METACLOUD project
(2019-2022, coordinator A.-M. Delort): “Integrating microbial METAbolism into CLOUD
chemistry: from ‘omics’ to model”. The objective of METACLOUD is to improve fundamental
understanding of the cloud microbiome, including its chemistry and functional and taxonomical
biodiversity.
Clouds play a major role in atmospheric chemistry. In the last decade, the discovery of
metabolically active microorganisms was evidenced1. As demonstrated in laboratory experiments
under controlled conditions, microbial metabolism in clouds efficiently competes with abiotic
chemical processes, especially at night when radical processes are less prominent1-3. While cloud
chemistry remains poorly understood, C1 compounds are major intermediates and products.
Formaldehyde, in particular, is a key intermediate of several pathways of microbial methylotrophic
metabolism, and found at high concentrations in clouds (mM)4.
In METACLOUD, large cloud water samples will be collected from the puy de Dôme observatory
using cloud droplet collectors. After concentration by tangential filtration, endogenous
microorganisms will be incubated in microcosms, in the presence of formaldehyde, thereby
mimicking contrasted "summer day" (light, H2O2, 17°C) or "winter night" (dark, no H2O2, 5°C)
situations typical of the atmosphere. The behaviour of microbial communities under these two
scenarios will be assessed by transcriptomics and metabolomics. This multi-‘omics’ approach will
allow to investigate potential microbial metabolic and regulatory networks in clouds. This will be
used to validate the meta-fluxome map of C1 compounds that will be defined in incubations with
13
   C-formaldehyde, and contribute to the project goal of developing an integrative numerical model
for cloud chemistry.

[1] Vaïtilingom M. et al. (2011) Atmospheric chemistry of carboxylic acids: microbial implication
   versus photochemistry. Atmos. Chem. Phys. 11, 8721-8733
[2] Vaïtilingom M. et al. (2013) Potential impact of microbial activity on the oxidant capacity and
   organic carbon budget in clouds. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110, 559-564
[3] Husárová S. et al. (2011) Biotransformation of methanol and formaldehyde by bacteria isolated
   from clouds. Comparison with radical chemistry. Atmos. Environ. 45, 6093-6102
[4] Bringel F. et al. (2019) Methylotrophs and methylotroph populations for chloromethane
   degradation. Curr. Issues Mol. Biol. 33, 149-172
[5] Amato P. et al. (2019) Metatranscriptomic exploration of microbial functioning in clouds. Sci.
   Rep. 9:art. 4383

Notes personnelles: