Portail-Arctique : diversité génomique et avenir du microbiome de l'océan Arctique // Arctic-Portal : genomic diversity and future of the Arctic Ocean Microbiome

Les écosystèmes polaires, tels que les océans Arctique et Antarctique, se caractérisent par des températures proches de zéro tout au long de l'année, des cycles lumineux extrêmes allant de la lumière continue en été à l'obscurité continue en hiver, des gradients de salinité allant de l'eau douce à des saumures hypersalines, et la présence dominante de glace. Ces écosystèmes sont soutenues par une grande diversité d'algues issues de plusieurs groupes (diatomées, haptophytes, algues vertes, chrysophytes...) qui ont colonisé indépendamment les deux océans polaires. Ces espèces sont généralement adaptées à leur environnement, incapables de survivre à des températures supérieures à 10 °C, et leur degré de sensibilité et de résilience au réchauffement et à l'adoucissement causés par le changement climatique anthropique est encore mal compris.

Cette thèse portera sur l'annotation fonctionnelle de 30 nouveaux génomes d'algues arctiques, sélectionnés pour couvrir différents groupes taxonomiques, micro-habitats et niches environnementales, séquencés et assemblés au sein du groupe hôte (HEAL). Auparavant, le directeur de thèse (Richard Dorrell) a montré que les génomes des algues arctiques possèdent des innovations uniques, par exemple des protéines de liaison à la glace (IBP) qui confèrent une tolérance cellulaire au gel, qui ont été partagées entre des espèces arctiques des transferts génétiques horizontaux spécifiques à l'Arctique. La première partie de la thèse cherchera à évaluer quelles autres familles de gènes et HGT sont pertinentes pour les algues arctiques, et à identifier les fonctions cellulaires qu'elles sont susceptibles de conférer. L'étudiant bénéficiera ici des conseils avisés du co-directeur de thèse (Louis Graf), spécialisé dans l'identification de l'évolution structurelle et génomique des populations d'algues à des échelles évolutives proches, et sera encouragé à établir des collaborations avec des groupes informatiques du CQSB (par exemple, Alessandra Carbone) qui développent de nouveaux outils permettant de profiler les fonctions des protéines à partir des seules données de séquence.

La deuxième partie de la thèse portera sur l'identification de marqueurs génomiques de la fragilité des algues arctiques face au changement climatique. Ici, l'étudiant conciliera les données RNAseq précédemment obtenues pour le groupe HEAL pour les espèces arctiques à travers plusieurs gradients de température et de salinité avec les données méta-génomiques mondiales (par exemple, celles des expéditions Tara Oceans et Amundsen Darkedge) afin d'identifier les familles de gènes qui pourraient différencier les algues arctiques thermotolérantes des algues strictement cryophiles. Une attention particulière pourra être accordée ici aux membres polaires du genre d'algue verte Chlamydomonas, qui ont démontré des réponses distinctes aux fluctuations de température et de salinité. Si les ressources le permettent, le candidat pourra construire des modèles systémiques basés sur la modélisation de l'habitat à partir de la distribution des métabarcodes et des métagénomes afin de prédire l'abondance future de ces espèces dans un océan Arctique en réchauffement, ce qui permettra de mieux comprendre la biodiversité et le potentiel génomique susceptibles de disparaître ou de survivre au cours du siècle à venir.

Le candidat travaillera sous étroite supervision et sera encouragé à préparer deux publications complémentaires en tant que premier auteur (revues cibles : Nat Microbiol, Global Change Biol) représentant chacun des objectifs de la thèse. Le candidat présentera également ses recherches lors de deux conférences internationales (par exemple, le Congrès européen de phycologie ; GRC Polar Marine Science) pendant la durée de la thèse. Le programme de travail établi est principalement axé sur la bio-informatique et peut, si souhaité, être réalisé à 60 % en télétravail.
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Polar ecosystems, such as the Arctic and Antarctic Oceans, are characterized by year-round near-freezing temperatures, extreme light cycles that extend from continuous light in the summer to continuous darkness in the winter, salinity gradients from freshwater to hypersaline brines, and the prevailing presence of sea and glacier ice. These ecosystems are nonetheless teeming with life, with their food chains supported by a diverse range of algae from multiple groups (diatoms, haptophytes, green algae, chrysophytes...) that have independently colonised both polar oceans. These species are typically adapted to their environment, unable to survive in temperatures > 10°C, and have as yet poorly understood degrees of sensitivity and resilience to heating and freshening caused by anthropogenic climate change.

This thesis will focus on the annotation and functional characterization of 30 new genomes from Arctic algae, selected to cover different taxonomic groups, micro-habitats, and environmental niches, sequenced and assembled in the host group (HEAL). Previously, the thesis director (Richard Dorrell) has shown that Arctic algal genomes possess unique and convergent innovations, for example ice-binding proteins (IBPs) that confer freezing tolerance and permit cell adhesion to ice, which have been shared between distantly-related Arctic species by ocean-specific horizontal gene transfer events. The first part of the thesis will seek to evaluate what other Arctic-specific gene families and HGTs are relevant to Arctic algae, and to identify what cellular functions they likely to confer. Here, the student will benefit from close guidance from the thesis co-supervisor (Louis Graf), specialised in the identification of structural and genomic evolution of algal populations at close evolutionary scales, and will be encouraged to form internal collaborations with computational groups at the CQSB (e.g., Alessandra Carbone) developing new tools for profiling protein functions from sequence data alone.

The second part of the thesis will be based on identifying genomic markers for Arctic algal fragility to climate change. Here, the student will reconcile RNAseq data previously obtained for the HEAL group for Arctic species across multiple temperatures (heating) and salinities (freshening) gradients with global meta-genome data (e.g., from the Tara Oceans and Amundsen Darkedge expeditions) to identify gene families that may differentiate thermotolerant Arctic algae from strict cryophiles. Particular focus may be made here on closely-related polar members of the model green algal species Chlamydomonas that have been demonstrated to show distinct responses to temperature and salinity fluctuation. As resources permit, the candidate may build systems models based on habitat modelling of meta-barcode and meta-genome distributions to predict the future abundances of these species in a heating Arctic Ocean, to allow better understanding of the biodiversity and genomic potential likely to be lost- and to survive- in the coming century.

The candidate will work under close co-supervision and be encouraged to prepare two complementary first-author publications (target journals: Nat Microbiol, Global Change Biol) representing each thesis objective. The candidate will also present their research in two international conferences (e.g., European Phycology Congress; GRC Polar Marine Science) over the thesis duration. The work-programme established is primarily bioinformatic and can, if desired, be performed with a 60% remote working quotient.
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://www.ibps.sorbonne-universite.fr/fr/Recherche/umr-7238/horizontal-evolution-of-alga-lifestyles

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral - SU

Sorbonne Université SIS (Sciences, Ingénierie, Santé)

515 Complexité du vivant

Une connaissance préalable de la taxonomie, de l'évolution et de la répartition biogéographique des algues dans l'océan actuel est indispensable. Une expérience préalable en phylogénétique (alignement de séquences, construction d'arbres, annotation structurelle et curation) est indispensable. Une expérience préalable dans le traitement des données génomiques (par exemple, annotation de domaines, identification d'éléments transposables, cartographie RNAseq) est fortement souhaitée. Une expérience préalable d'au moins un langage de programmation (Unix, Python) et d'un logiciel de statistiques multivariées (R, MatLab) est souhaitable mais pas indispensable. Une expérience préalable dans l'utilisation de données métagénomiques (réconciliation phylogénétique, quantification, normalisation, cartographie) est souhaitable. De bonnes compétences en communication écrite et orale en anglais, y compris une expérience préalable de la rédaction scientifique pour publication, sont indispensables. Des compétences de base en communication orale en français et une volonté d'apprendre sont vivement encouragées.
A prior knowledge of algal taxonomy, evolution, and biogeographical distributions in the present ocean, is essential. Previous experience in phylogenetics (sequence alignment, tree building, structural annotation and curation) is essential. Prior experience in treating genome data (e.g., domain annotation, transposable element identification, RNAseq mapping) is highly desired. Previous experience of at least one programming language (unix, Python) and of multivariate statistic software (R, MatLab) is desired but not essential. Prior experience using meta-genomic data (phylogenetic reconciliation, quantification, normalisation, mapping) is desired. Good written and oral communication skills in English, including prior experience of scientific writing for publication, are essential. Basic oral communication skills in French, and willingness to learn, are actively encouraged.