Emile Faure, chercheur post-doctorant à l’Université de Bretagne Occidentale

Un des grands défis du XXIe siècle est de comprendre et prévoir les impacts du changement climatique anthropique sur le fonctionnement des écosystèmes. Dans l’océan, les organismes planctoniques jouent un rôle crucial dans la régulation du climat, les cycles biogéochimiques globaux et les réseaux trophiques. Les modèles couplant physique et biogéochimie sont des outils largement utilisés pour quantifier les cycles biogéochimiques par la simulation de la dynamique des écosystèmes planctoniques. Mais ces modèles reposent souvent sur une vision biogéochimique du plancton marin, puisqu’ils décrivent la dynamique de groupes fonctionnels historiquement décrits par les biogéochimistes marins (connus sous le nom de types fonctionnels planctoniques, ou PFT). Ces groupes ont été critiqués pour leur manque de justifications écologiques, pouvant conduire à une représentation trop simplifiée de la diversité planctonique dans les modèles. Cependant, le manque de méthodologies basées sur des données permettant de déterminer et quantifier les traits fonctionnels potentiels et réalisés des communautés planctoniques est un frein important à la représentation réaliste de la diversité des communautés planctoniques dans les modèles d’écosystèmes marins.

Lors de ce séminaire, je présenterai une approche de construction et de quantification de groupe fonctionnels protéiques permettant d’étudier la diversité fonctionnelle planctonique sans choix a priori de lignées taxinomiques ou de fonctions d’intérêt. Plus précisément, nous avons analysé plus de 2 millions de protéines provenant de 885 génomes marins assemblés à partir de métagénomes via une approche basée sur les réseaux de similarité de séquence. Nous avons détecté 233 756 groupes fonctionnels de protéines, dont 15% ne sont pas annotés fonctionnellement. Nous avons étudié la distribution de l’ensemble des 233 756 groupes dans l’océan mondial via des méthodes d’apprentissage machine, identifiant les provinces biogéographiques comme les meilleurs prédicteurs de l’abondance des groupes fonctionnels protéiques. Les abondances de 14 585 groupes ont été identifiées comme prévisibles à partir du contexte environnemental, dont 1 347 groupes fonctionnellement non annotés. L’analyse de la biogéographie de ces 14 585 groupes a permis d’identifier la mer Méditerranée comme particulièrement originale en termes de composition protéique. Applicable à tout ensemble de séquences protéiques, notre approche constitue une première étape vers des prédictions quantitatives de la composition fonctionnelle des communautés planctoniques à partir du contexte environnemental.