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Données morphologiques

Description des tâches du Work-Package 3

Objectifs

L’objectif de ce groupe de travail est de collecter, d’analyser, et d’archiver les descriptions morphologiques des communautés planctoniques collectées au cours de l’expédition Tara-Océans. Pour ce faire, diverses approches sont utilisées :

 

  • Flow- et scan-based technologies, pour les différentes fractions de taille, des virus au zooplancton.
  • Développement de protocoles de microscopie confocale à haut-débit. Des reconstitutions 3D des organismes de la fraction de taille 5-500µm sont réalisées à l’aide de marqueurs fluorescents.
  • Etude des échantillons Tara-Océans en microscopie électronique.
  • Organisation des données d’imagerie dans diverses bases de données dédiées, dans un format compatible avec le portail développé par le groupe de travail n°1 (Archivage des échantillons et des données).

Sébastien Colin et Eric Karsenti, coordinateurs du groupe de travail Imagerie
Sébastien Colin et Eric Karsenti, coordinateurs du groupe de travail Imagerie

Ce groupe de travail est coordonné par Eric Karsenti de l’EMBL et Sébastien Colin à la Station Biologique de Roscoff. Il fait intervenir l’UMR714 de la Station Biologique de Roscoff, le laboratoire océanologique de Villefranche sur Mer, l’Institut de Biologie de l’ENS à Paris et l’EMBL à Heidelberg.

#1

Flow and scan-based technologies – Tâche 3.1

Au cours de chacune des stations effectuées lors de Tara-Océans, les plus grands organismes planctoniques et les bio-agrégats ont été imagés in situ à l’aide d’un système appelé UVP (Underwater Vision Profiler) attaché au carrousel de bouteilles Niskins utilisé pour les prélèvements en profondeur. Des échantillons vivants de la fraction de taille 20-200µm (grands protistes et petits métazoaires) ont été imagés grâce au système FlowCAM embarqué. De plus, des échantillons fixés ou congelés ont été collectés afin de les étudier en laboratoire à l’aide du système ZooSCAN, du FlowCAM, ou encore en cytométrie de flux pour les plus petits (pico- et nano-plancton). Cette tâche doit permettre la mise en place d’une collection d’images relatives obtenues par le biais de toutes ces techniques. Cette collection sera utilisée pour une identification taxonomique semi-automatique des organismes, accompagnée d’une validation par des experts en taxonomie. Toutes les données seront intégrées à l’entrepôt de données développé dans le cadre du groupe de travail n°1 (Archivage des échantillons et des données).

#2

Plateforme d’imagerie haut-débit – Tâche 3.2

En collaboration avec Leica Mycrosystem, l’EMBL a mis en place un système de microscopie confocale à balayage laser (CLSM) automatisé, couplé à un ordinateur pour la reconnaissance de phénotypes complexes dans des cellules en culture. Ce système comprend un balayage rapide des échantillons à faible grossissement, une analyse des échantillons suivie d’une phase d’acquisition automatique des images des objets d’intérêt à plus fort grossissement.
OCEANOMICS bénéficie de cette technologie pour l’imagerie et l’analyse des protistes à l’aide de marqueurs fluorescents. La fluorescence augmente sensiblement la qualité et la quantité des informations biologiques en comparaison avec les techniques de microscopie optique automatisée. Plusieurs marqueurs fluorescents ont été utilisés avec succès au cours de l’expédition Tara-Océans pour marquer les membranes, les microtubules, les noyaux, les parois cellulaires, les lipides, etc…
Basée sur ce système développé à l’EMBL, une procédure d’imagerie en deux étapes est développée dans OCEANOMICS. La première étape vise à identifier les objets d’intérêt au cours d’un balayage rapide à faible grossissement couplé à une analyse automatisée. Les objets sont ensuite imagés en trois dimensions à un plus fort grossissement, une meilleure résolution et à l’aide de plusieurs marqueurs.
Suite des essais prometteurs, cette méthodologie a été améliorée afin d’augmenter la vitesse d’acquisition en relation avec le nombre d’échantillons à analyser, de permettre une large couverture des fractions de taille à étudier (1-500µm) et d’améliorer la procédure de classification des objets caractérisés par une diversité complexe.
La vaste collection d’images générée sera implémentée dans l’entrepôt de données développé par le groupe de travail n°1 afin d’être accessible au plus grand nombre.

Imagerie 3D d'un objet planctonique

// © S.Colin/EPEP
#3

Microscopie électronique – Tâche 3.3

La microscopie électronique apporte des informations de grande importance sur l’organisation cellulaire, jusque-là relativement méconnue, des organismes planctoniques.
La microscopie électronique à balayage est utilisée pour révéler les exosquelettes planctoniques, nombreux et variés, faits de silice, de calcaire, ou encore de chitine. La microscopie électronique à transmission, quant à elle, permet d’étudier les structures subcellulaires telles que les organites, les vésicules et les parois cellulaires mais aussi les associations inter-organismes (interaction hôte-pathogène ou hôte-symbionte).
Obtenir de telles informations, tant qualitatives que quantitatives, est crucial pour l’interprétation du fonctionnement des écosystèmes planctoniques et de leur statut biogéochimique, en particulier en ce qui concerne les eucaryotes.
Au cours de l’expédition Tara-Océans, les organismes des fractions de taille 5-20µm et 20-200µm ont été fixés dans le but d’y appliquer ces deux types d’approches. Dans le cadre d’OCEANOMICS, ces échantillons sont analysés à l’aide de protocoles de routine. A terme, ces données de microscopie électronique seront utiles à l’interprétation et la validation des hypothèses phénotypiques développées sur les données génétiques générées par le groupe de travail n°4 (Production et analyse primaire des données génétiques).