# Réduction génomique et stratégies évolutives en milieu d'eau douce: le cas des Nanopelagicales

Maxime Arque, Gisèle Bronner

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## To cite this version:

Maxime Arque, Gisèle Bronner. Réduction génomique et stratégies évolutives en milieu d'eau douce: le cas des Nanopelagicales. AFEM 2025: 12ème colloque de l'Association Francophone d'Écologie Microbienne, AFEM, Nov 2025, Beaune (21), France. hal-05380128

HAL Id: hal-05380128

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Submitted on 9 Dec 2025

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# Réduction génomique et stratégies évolutives en milieu d'eau douce : le cas des Nanopelagicales

Maxime ARQUE, Gisèle Bronner

Laboratoire Microorganismes : Génome et Environnement

18/11/2025

maxime.ARQUE@uca.fr

Laboratoire
Microorganismes :
Génome
et Environnement

cnrs
* Diversité d'écosystèmes

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>sol</figcaption></figure>

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>atmosphère</figcaption></figure>

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>aquatique</figcaption></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>fumeurs noirs</figcaption></figure>
* Diversité d'écosystèmes

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>sol</figcaption></figure>

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>atmosphère</figcaption></figure>

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>aquatique</figcaption></figure>

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>fumeurs noirs</figcaption></figure>

* Diversité de réponses écologiques et évolutives (Nuy et al., 2020)
* Diversité d'écosystèmes

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>sol</figcaption></figure>

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>atmosphère</figcaption></figure>

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>aquatique</figcaption></figure>

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>fumeurs noirs</figcaption></figure>

* Diversité de réponses écologiques et évolutives (Nuy et al., 2020)

* Caractéristiques génomiques

* Variations des capacités métaboliques
* Diversité d'écosystèmes

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>sol</figcaption></figure>

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>atmosphère</figcaption></figure>

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>aquatique</figcaption></figure>

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>fumeurs noirs</figcaption></figure>

* Diversité de réponses écologiques et évolutives (Nuy et al., 2020)

* Caractéristiques génomiques

* Variations des capacités métaboliques

* Taille du génome

<figure><img src="image_19.png" /></figure>

modifié d'après Rodríguez-Gijón et al., 2022
Lacs : écosystèmes aquatiques d'eau douce
Lacs : écosystèmes aquatiques d'eau douce

<figure><img src="image_20.png" /></figure>

modifié d'après Newton et al., 2011
## Lacs : écosystèmes aquatiques d'eau douce

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

modifié d'après Newton et al., 2011

<figure><img src="image_22.png" /></figure>

**Actinomycetota**

<figure><img src="image_23.png" /></figure>

Nanopelagicales
## Lacs : écosystèmes aquatiques d'eau douce

<figure><img src="image_24.png" /></figure>

modifié d'après Newton et al., 2011

<figure><img src="image_25.png" /></figure>

### Actinomycetota

<figure><img src="image_26.png" /></figure>

Nanopelagicales

<figure><img src="image_27.png" /></figure>

<figure><img src="image_28.png" /></figure>

### acl
## Lacs : écosystèmes aquatiques d'eau douce

<figure><img src="image_29.png" /></figure>

**Nanopelagicales** : Taille du génome < 1,5 Mbp
→ **Génomes streamlined**
## Paramètres génomiques de différents ordres d'Actinomycetota

<figure><img src="image_30.png" /></figure>
# Clades frères des Nanopelagicales

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>## Paramètres génomiques de différents ordres d'Actinomycetota</figcaption></figure>
# Clades frères des Nanopelagicales

<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>## Paramètres génomiques de différents ordres d'Actinomycetota</figcaption></figure>

<figure><img src="image_33.png" /></figure>

> Réduction génomique accompagnée d'auxotrophies (Neuenschwander et al., 2018)

<figure><img src="image_34.png" /></figure>

> Black Queen Hypothesis ? (BQH ; Morris et al., 2012)
# Black Queen Hypothesis (BQH)

<figure><img src="image_35.png" /></figure>

High energy cost

<figure><img src="image_36.png" /></figure>

<figure><img src="image_37.png" /></figure>

Natural selection
+ Co-evolving

<figure><img src="image_38.png" /></figure>

<figure><img src="image_39.png" /></figure>

High energy cost

<figure><img src="image_40.png" /></figure>

<figure><img src="image_41.png" /></figure>

Reduced energy cost

<figure><img src="image_42.png" /></figure>

<figure><img src="image_43.png" /></figure>

<figure><img src="image_44.png" /></figure>

High energy cost

<figure><img src="image_45.png" /></figure>

<figure><img src="image_46.png" /></figure>

Bacteria A

<figure><img src="image_47.png" /></figure>

Bacteria B

<figure><img src="image_48.png" /></figure>

Biotin (B8)

<figure><img src="image_49.png" /></figure>

Gene encoding a biotin
(B8) synthesizing enzyme
Réduction génomique chez différents clades
streamlined d'Actinomycetota
## Réduction génomique chez différents clades
*streamlined* d'Actinomycetota

<figure><img src="image_50.png" /></figure>

<figure><img src="image_51.png" /></figure>

Trajectoires évolutives
divergentes ?
Réduction génomique chez différents clades
streamlined d'Actinomycetota

<figure><img src="image_52.png" /></figure>

<figure><img src="image_53.png" /></figure>

Trajectoires évolutives
divergentes ?

Quels processus
de rationnalisation

<figure><img src="image_54.png" /></figure>
268 assemblages

<figure><img src="image_55.png" /></figure>

GenBank

o_Nanopelagicales

o_UBA12327

o_S36-B12 (f_UBA5976)

o_Actinomycetales

o_Propionibacteriales

o_Mycobacteriales

o_Streptosporangiales

o_Streptomycetales

o_Acidimicrobiales
<figure><img src="image_56.png" /></figure>

<figure><img src="image_57.png" /></figure>

<figure><img src="image_58.png" /></figure>

<figure><img src="image_59.png" /></figure>

<figure><img src="image_60.png" /></figure>

MÉSOCENTRE
UNIVERSITÉ
Clermont Auvergne

<figure><img src="image_61.png" /></figure>
<figure><img src="image_62.png" /></figure>
# Divergence évolutive

<figure><img src="image_63.png" /></figure>
<figure><img src="image_64.png" /><figcaption>• **958** : Réduction commune
ancestrale</figcaption></figure>
# Divergence évolutive

<figure><img src="image_65.png" /></figure>

* **958**: Réduction commune ancestrale

* ****: Réductions spécifiques localisées
<figure><img src="image_66.png" /></figure>

* **958**: Réduction commune ancestrale

* ****: Réductions spécifiques localisées

## Réductions ≠ entre les clades lacustres

<figure><img src="image_67.png" /></figure>

Quelles fonctions pour ces gènes gagnés et perdus ?
* Annotations KEGG

<figure><img src="image_68.png" /></figure>
* Annotations KEGG

<figure><img src="image_69.png" /></figure>

* Pathways composés de modules

<figure><img src="image_70.png" /></figure>
* Annotations KEGG

<figure><img src="image_71.png" /></figure>

* Pathways composés de modules

* Modules constitués d'enzymes (KOs)

Voie du métabolisme des carbohydrates

<table><tr><td>Entry</td><td>M00006</td></tr><tr><td>Name</td><td>Pentose phosphate pathway, oxidative phase, glucose 6P =&gt; ribulose 5P</td></tr></table>

<figure><img src="image_72.png" /></figure>

<figure><img src="image_73.png" /></figure>
* Annotations KEGG

<figure><img src="image_74.png" /></figure>

* Pathways composés de modules

* Modules constitués d'enzymes (KOs)

## Voie du métabolisme des carbohydrates

<table><tr><td>Entry</td><td>M00006</td></tr><tr><td>Name</td><td>Pentose phosphate pathway, oxidative phase, glucose 6P =&gt; ribulose 5P</td></tr></table>

<figure><img src="image_75.png" /></figure>

<figure><img src="image_76.png" /></figure>
* Annotations KEGG

<figure><img src="image_77.png" /></figure>

* Pathways composés de modules

* Modules constitués d'enzymes (KOs)

Voie du métabolisme des carbohydrates

<table><tr><td>Entry</td><td>M00006</td></tr><tr><td>Name</td><td>Pentose phosphate pathway, oxidative phase, glucose 6P =&gt; ribulose 5P</td></tr></table>

<figure><img src="image_78.png" /></figure>

* Modules alternatifs : intermédiaires ≠

<figure><img src="image_79.png" /></figure>
<figure><img src="image_80.png" /></figure>

* M00001 Glycolysis (Embden-Meyerhof pathway), glucose => pyruvate

* M00116 Menaquinone biosynthesis, chorismate (+ polyprenyl-PP) => menaquinol

* M00930 Menaquinone biosynthesis, futalosine pathway

* M00931 Menaquinone biosynthesis, modified futalosine pathway

* M00123 Biotin biosynthesis, pimeloyl-ACP/CoA => biotin

* M00573 Biotin biosynthesis, BioI pathway, long-chain-acyl-ACP => pimeloyl-ACP => biotin

* M00577 Biotin biosynthesis, BioW pathway, pimelate => pimeloyl-CoA => biotin

* M00950 Biotin biosynthesis, BioU pathway, pimeloyl-ACP/CoA => biotin

<figure><img src="image_81.png" /></figure>

<figure><img src="image_82.png" /></figure>
<figure><img src="image_83.png" /><figcaption>* Touche essentiellement les vitamines
(Neuenschwander et al., 2018)</figcaption></figure>
<figure><img src="image_84.png" /></figure>

* **Touche essentiellement les vitamines** (Neuenschwander *et al.*, 2018)

* **3 Processus différents :**

* **Auxotrophies** : Biotine (B7 ; transporteur CO₂)
<figure><img src="image_85.png" /></figure>

* **Touche essentiellement les vitamines** (Neuenschwander *et al.*, 2018)

* **3 Processus différents :**

* **Auxotrophies** : Biotine (B7 ; transporteur CO₂)

* **Voies alternatives** : Menaquinone (K2 ; co-facteur chaîne transport électrons) ↗ **KO**
<figure><img src="image_86.png" /></figure>

* **Touche essentiellement les vitamines** (Neuenschwander *et al.*, 2018)

* **3 Processus différents :**

* **Auxotrophies** : Biotine (B7 ; transporteur CO₂)

* **Voies alternatives** : Menaquinone (K2 ; co-facteur chaîne transport électrons) ↪ **KO**

* **Remplacement** : même niveau de fonctionnalité que l'ancêtre ⚙️, KO impliqués ≠ ; Glycolyse
• 3 types de remplacements :

▪ Augmentation

▪ Équivalence

▪ Réduction
<figure><img src="image_87.png" /></figure>

Entry M00001
Name Glycolysis (Embden-Meyerhof pathway), glucose => pyruvate

## • 3 types de remplacements :

* Augmentation

* Équivalence

* Réduction

### génome réduit (UBA12327)

<figure><img src="image_88.png" /></figure>

10 enzymes

<figure><img src="image_89.png" /></figure>

enzyme présente

<figure><img src="image_90.png" /></figure>

enzyme absente

### génome non réduit (S36-B12)

<figure><img src="image_91.png" /></figure>

12 enzymes
<figure><img src="image_92.png" /></figure>

Entry M00001

Name Glycolysis (Embden-Meyerhof pathway), glucose => pyruvate

## • 3 types de remplacements :

* Augmentation

* Équivalence

* Réduction

• ≈ 79 % des remplacements sont des réductions contre 24 % pour des taxa avec des génomes non réduits

### génome réduit (UBA12327)

<figure><img src="image_93.png" /></figure>

10 enzymes

<figure><img src="image_94.png" /></figure>

enzyme présente

<figure><img src="image_95.png" /></figure>

enzyme absente

### génome non réduit (S36-B12)

<figure><img src="image_96.png" /></figure>

12 enzymes
<figure><img src="image_97.png" /></figure>

Entry M00001

Name Glycolysis (Embden-Meyerhof pathway), glucose => pyruvate

## • 3 types de remplacements :

* Augmentation

* Équivalence

* Réduction

## • ≈ 79 % des remplacements sont des réductions contre 24 % pour des taxa avec des génomes non réduits

Optimisation des modules essentiels

### génome réduit (UBA12327)

<figure><img src="image_98.png" /></figure>

10 enzymes

<figure><img src="image_99.png" /></figure>

enzyme présente

<figure><img src="image_100.png" /></figure>

enzyme absente

### génome non réduit (S36-B12)

<figure><img src="image_101.png" /></figure>

12 enzymes
Caractériser trois clades d'**Actinomycetota** avec un génome réduit
Caractériser trois clades d'Actinomycetota avec un génome réduit

<figure><img src="image_102.png" /></figure>

Stratégies de réduction génomique ≠
Caractériser trois clades d'Actinomycetota avec un génome réduit

<figure><img src="image_103.png" /></figure>

Stratégies de réduction génomique ≠

<figure><img src="image_104.png" /></figure>

Simplification des voies métaboliques

<figure><img src="image_105.png" /></figure>
Caractériser trois clades d'Actinomycetota avec un génome réduit

<figure><img src="image_106.png" /></figure>

Stratégies de réduction génomique ≠

<figure><img src="image_107.png" /></figure>

Simplification des voies métaboliques

<figure><img src="image_108.png" /></figure>

<figure><img src="image_109.png" /></figure>

<figure><img src="image_110.png" /></figure>

Spécialisation des métabolismes
(voies alternatives) :

**Tragedy of the common goods**
(Finn et al., 2021)
Caractériser trois clades d'Actinomycetota avec un génome réduit

<figure><img src="image_111.png" /></figure>

Stratégies de réduction génomique ≠

<figure><img src="image_112.png" /></figure>

Simplification des voies métaboliques

<figure><img src="image_113.png" /></figure>

<figure><img src="image_114.png" /></figure>

<figure><img src="image_115.png" /></figure>

Spécialisation des métabolismes (voies alternatives) :

**Tragedy of the common goods**

(Finn et al., 2021)

<figure><img src="image_116.png" /></figure>

Dans un contexte de BQH : **minimisation coûts énergétiques & fitness ?**

**Auxotrophies : Biens publics ?**

<figure><img src="image_117.png" /></figure>
Merci de votre attention

<figure><img src="image_118.png" /></figure>

Association francophone d'écologie microbienne

<figure><img src="image_119.png" /></figure>

UNIVERSITÉ
Clermont
Auvergne

<figure><img src="image_120.png" /></figure>

Laboratoire

Microorganismes :

Génome

et Environnement

<figure><img src="image_121.png" /></figure>