Mots-Clés

shotgun metagenomics Oxford Nanopore assemblage assignation taxonomique analyse de réseaux

Description

Contexte scientifique et enjeux

Le riz est un aliment de base essentiel pour environ 3,5 milliards de personnes dans le monde. C'est de plus en plus le cas en Afrique subsaharienne, où 38 millions de tonnes sont consommées chaque année, dont 45 % sont importées. Les agents pathogènes sont un facteur majeur qui limite l'autosuffisance alimentaire. L’helminthosporiose, capable de réduire le rendement de 90 %, est une maladie fongique clé qui réapparaît, alors que les raisons de cette réapparition soient inconnues. Bipolaris oryzae est considéré comme le principal agent causal, mais la maladie est également causée par d'autres espèces de Bipolaris et Exserohilum rostratum, qui peuvent être très répandus. Par exemple au Burkina Faso, E. rostratum représentait 72 % des cas, et dans le nord de l'Iran, B. victoriae représentait 85 % des cas. L'importance relative et la répartition des agents pathogènes responsables de la maladie sont trop mal connues. De même, on ne sait pas si plusieurs espèces ou plusieurs souches au sein d'une même espèce, coexistent sur la même feuille. Il est évident que la maladie ne peut être combattue sans connaître les agents pathogènes impliqués. Il n'existe cependant pas de méthodes rapides pour distinguer les pathogènes de l’helminthosporiose.
Dans le cadre du projet exploratoire METALOPHYR coordonné par Serena Dool (PHIM, Cirad) et financé par l’Université de Montpellier (Initiative Clé CLAPAS), il est prévu d’étudier les espèces responsables de l’helminthosporiose et l'impact de la co-infection sur la santé du riz.

Objectif et plan de recherche

Avec nos partenaires d'AfricaRice, à la station de recherche d'AfricaRice de M'bé en Côte d'Ivoire, nous avons prélevé des échantillons de feuilles de riz sain et malade et enregistré un ensemble de métadonnées associées. Dans le cadre du projet, il est prévu d’utiliser une approche de séquençage lecture longue Oxford Nanopore Technologies (ONT) en approche shotgun (tout ADN est séquencé) afin de caractériser les communautés microbiennes présentes dans ces échantillons. Si les équipes d’accueil ont une bonne expérience du séquençage ONT, notamment pour l’élucidation du pathobiome de la feuille de riz victime d’une bactériose, ce projet permettra le prototypage tant au niveau laboratoire qu’au niveau bioinformatique de cette approche appliquée à des maladies fongiques.

A partir des données de séquençage obtenues, le travail d’analyse computationnelle réalisé pendant le stage cherchera en priorité à faire avancer ces questions :
- Préciser la nature des espèces de champignon ayant un rôle causal dans les échantillons présentant des symptômes d’helminthosporiose.
- Déterminer si plusieurs agents pathogènes ou plusieurs lignées de la même espèce coexistent sur la même plante ou la même feuille. Une cooccurrence physiquement proche implique la possibilité d'interactions, y compris la concurrence.
- Déterminer si la présence de symptômes et des communautés de champignons pathogènes s’accompagne de modifications de la composition du microbiome et identifier les taxons affectés, notamment, vis-à-vis d’un effet ‘biocontrôle’ potentiel .
- Explorer en quoi les paramètres du séquençage (méthode d’extraction d’ADN, multiplexage, longueur et volumétrie de séquences, ...) affecte notre capacité à examiner les questions ci-dessus.

Activités et méthodes mises en œuvre

- Basecalling, demultiplexage, trimming, etc de données brutes de fichiers pod5 en sortie de séquenceur PromethION.
- Définition et calcul d’un ensemble de mesures pour le contrôle qualité des runs ONT et des échantillons.
- Assignation taxonomique des lectures métagénomique et calculs d’abondances relatives à l’hôte à partir de ces données.
- Assemblage metagénomique, assignation taxonomique des contigs.
- Analyse de la co-occurrence et des interactions entre taxons microbiens à l'aide de réseaux d'association.

References bibliographiques en lien avec le sujet

- Trivedi, P.et al. Plant–microbiome interactions under a changing world: responses, consequences and perspectives. New Phytol. 234, 1951–1959 (2022)

- Martin, S. et al. Nanopore adaptive sampling: a tool for enrichment of low abundance species in metagenomic samples. Genome Biol. 2022.

- Vidal-Villarejo, M. et al. Regional diversity and leaf microbiome interactions of the fungal maize pathogen Exserohilum turcicum in Switzerland: A metagenomic analysis. Mol Ecol. 2024.

- Gao, M. et al. Disease-Induced Changes in Plant Microbiome Assembly and Functional Adaptation. Microbiome 9 (2021)

Informations sur les Encadrants

CUNNAC Sébastien
sebastien.cunnac@ird.fr
IRD
PHIM (équipe XPLAIN)

PUECHMAILLE Sébastien
sebastien.puechmaille@umontpellier.fr
Université de Montpellier
ISEM (équipe Phylogénie et évolution moléculaire)