February 15 th , 2021 [email protected]Mission pour les initiatives transverses et interdisciplinaires – MITI JOURNÉES DE RESTITUTION DU DÉFI ADAPTATION DU VIVANT SymbioAdapt Symbioses magnétotactiques: une adaptation des eucaryotes microbiens aux environnements anoxiques Christopher Lefevre Bioscience and Biotechnology Institute of Aix-Marseille, CEA Cadarache 1
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• Organisms recalcitrant to cultivation, requires chemical gradients
How to assess the biodiversity of magnetotactic microorganisms and that of their biominerals?
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Recent breakthrough: Symbiose magnetotactic
Transmission electron microscopy
Mutualistic symbiosis observed in marine anoxic sediments betweenexcavate protists (Symbiontida, Euglenozoa) and ectosymbioticDeltaproteobacteria biomineralizing ferrimagnetic nanoparticles.
Multi-layered mutualism based on collective magnetotactic motilitywith division of labour and interspecies hydrogen-transfer-basedsyntrophy.
The guided motility of the consortia along the geomagnetic field isallowed by the magnetic moment of the non-motile ectosymbioticbacteria combined with the protist motor activity, which is a uniqueexample of eukaryotic magnetoreception acquired by symbiosis.
Monteil et al (2019) Nature Microbiology
How to assess the biodiversity of magnetotactic microorganisms and that of their biominerals?
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SymbioAdapt – Symbioses magnétotactiques: une adaptation des eucaryotes microbiens aux environnements anoxiques
CNRS Research director
K. Benzerara
SU Professor
N. Menguy
CNRS Research director
G. Perrière
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Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
Bioscience and biotechnology institute of Aix-Marseille
Laboratoire de biométrie et biologie évolutive
INSB INP INEE
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La diversité spécifique des holobiontes par des approches d’écologie microbiennes indépendantes dela culture alliant tri cellulaire par micromanipulation, barcoding et approches de phylogéniemoléculaire.
La physiologie des partenaires sera inférée par l’annotation fonctionnelle de génomes et la génomiquecomparative.
L’évolution de l’interaction sera inférée par génomique évolutive.
Ces approches sont combinées à des approches de chimie, physique des matériaux et minéralogie La structure cellulaire et leur composition chimique seront déterminées par des techniques d’imagerie
impliquant microscopie de haute résolution et spectrométrie des rayons X. Les caractéristiques abiotiques de l’environnement seront déterminées par des approches de
biophysique et géochimie.
SymbioAdaptHypothèse principale: la coopération des sens de chimiotaxie et magnétoréception est répandue chez les eucaryotesunicellulaires et a émergé plusieurs fois dans leur histoire évolutive pour optimiser le déplacement de ces organismesvers les sédiments anoxiques.
Objectifs: ce projet vise à caractériser la biodiversité des holobiontes magnétotactiques et leur environnement,déterminer la biologie cellulaire des partenaires et inférer l’histoire évolutive de leur interaction.
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SymbioAdapt
Main results: 15 morphotypes under characterization
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SymbioAdapt
Main results: 15 morphotypes under characterization
Magnetotactic holobionts: morphotype 4
Specificities of morphotype 4
Holobiont:- North seeking in the Northern Hemisphere always found
with MMPs- Length ⁓10 µm
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Light microscope images
Magnetotactic holobionts: morphotype 4
Specificities of morphotype 4
Holobiont:- North seeking in the Northern Hemisphere always
found with MMPs- Length ⁓10 µm- 1 protist with up to 8 ectosymbionts
2 µm
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SEM images
TEM images
Magnetotactic holobionts: morphotype 4
Specificities of morphotype 4
Holobiont:- North seeking in the Northern Hemisphere always
found with MMPs- Length ⁓10 µm- 1 protist with up to 8 ectosymbionts- Bacteria are localized in invaginations of the external
membrane of the protist
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TEM images of thin-sections
1 µm
Magnetotactic holobionts: morphotype 4
Specificities of morphotype 4
Holobiont:- North seeking in the Northern Hemisphere always
found with MMPs- Length ⁓10 µm- 1 protist with up to 8 ectosymbionts- Bacteria are localized in invaginations of the external
membrane of the protist
Protist:- 2 flagella. One pulling, the other pushing- Biomineralize crystalline particles rich in phosphorus and