Séquençage des génomes nucléaires d’eucaryotes unicellulaires ‘primitifs’ : les jakobides

Abstract

Les eucaryotes sont des organismes chimériques issus de l’endosymbiose entre une archéobactérie et une α-protéobactérie. Au cours de ce processus, ces organismes ont évolué de sorte à obtenir un grand nombre de caractéristiques observées chez les eucaryotes modernes, notamment une mitochondrie, un noyau, un système endomembranaire, un système d’épissage ou encore des chromosomes linéaires terminés par un télomère. Bien que les caractéristiques du dernier ancêtre commun des eucaryotes aient majoritairement été identifié, la suite des évènements évolutifs ayant mené à l’apparition de cet organisme demeure peu compris. Afin de mieux reconstruire cette suite d’évènements, l’analyse des génomes d’organismes basals aux eucaryotes sera nécessaire pour identifier des traces de cette évolution. Ainsi, nous proposons que l’analyse d’une collection de génomes d’eucaryotes « primitifs », les jakobides et malawimonades, des eucaryotes unicellulaires flagellés se nourrissant de bactéries, pourrait permettre une meilleure compréhension de ce processus. De plus, il a été supposé que le génome d’un de ces organismes, Andalucia godoyi, pourrait posséder des chromosomes circulaires, une caractéristique atypique chez les eucaryotes, une caractéristique qui pourra être confirmée par la production d’assemblage génomique de haute contigüité. Afin d’obtenir des assemblages génomiques de haute qualité, les jakobides A. godoyi, Jakoba bahamiensis, Seculamonas ecuadoriensis, Stygiella incarcerata et le malawimonades Malawimonas californiana ont été séquencés par nanopore. Le séquençage nanopore a présenté des résultats mitigés et les organismes J. bahamiensis et M. californiana ont présentés un faible rendement de séquençage, possiblement dû à la contamination par des polysaccharides. Pour les autres organismes, nous avons développé un pipeline d’assemblage utilisant les assembleurs Flye et Shasta qui nous a permis de produire des assemblages génomiques. L’analyse du génome de A. godoyi a permis d’identifier la présence de quatre chromosomes circulaires, possiblement localisés dans le noyau, contenant plusieurs gènes liés au métabolisme, au transport et à la signalisation et qui constituent possiblement un type de chromosome circulaire différent de ceux observés précédemment chez les eucaryotes. Dans l’ensemble, ces travaux ont permis la mise en place d’une collection de génome d’eucaryotes « primitifs » qui pourront être utilisés pour des analyse de génomique comparative afin de mieux comprendre l’évolution des eucaryotes.

Eucaryotes are chimeric organisms that are the product of an endosymbiotic event between an archaebacteria and an α-proteobacteria. During the eukaryogenesis, these organisms have gained many characteristics that defines modern eucaryotes such as a mitochondrion, a nucleus, an endomembrane system, the splicing machinery, and linear chromosome with telomeres. While most characteristics of the last common eukaryote ancestor have mostly been identified, most of the evolutionary process that led to this organism is still unknown. To reconstruct this string of event, we must analyse the genome of “primitive” basal eukaryotes with a slow evolutionary rate and a lifestyle like that of the last common eukaryotes ancestor, and thus are most likely to contain remains of ancestral mechanisms that have been lost in most known eukaryotes. We propose that this analysis of the genome of the jakobids and malawimonads, two groups are free-living flagellate that feeds on bacteria, could provide such clues on the evolution of eukaryotes. Using nanopore sequencing, a collection of high-quality genomes has been built to help in this analysis. Furthermore, it has been supposed that the genome of the jakobid Andalucia godoyi could be composed to both linear and circular chromosomes, a genomic structure that have not been identified in other eukaryotes, which was investigated using the high quality nanopore assembly. To generate a collection of high-quality genome assemblies, we have sequenced the genomes of the jakobids A. godoyi, Jakoba bahamiensis, Seculamonas ecuadoriensis and Stygiella incarcerata as well as the malawimonad Malawimonas californiana by nanopore. While the yields were too low for J. bahamiensis and M. californiana, probably due to a contamination by polysaccharides, we were able to assemble chromosome level genome for A. godoyi and S. incarcerata and high-quality draft genome for S. ecuadoriensis et R. americana. Using this assembly, we were able to identify four circular chromosomes in the genome of A. godoyi. The circular chromosomes are likely to be located in the nucleus and encodes genes with functions related to the metabolism, ions and macromolecules transport as well as signaling. Furthermore, these molecules differ from known circular chromosome in eukaryotes as they are unlikely to be selfish DNA elements, such as known eucaryotes plasmids, or circular by-product of replication identified in other eukaryotes. Overall, this work sets the bases for larger scale comparative genomics of the jakobids and malawimonads, by generating a small collection of genomes that will be used in future studies to better understand the origin of the eukaryotes.