Le séquençage du métagénome et la technologie Hi-C éclairent les interactions entre les phages du sol et leurs hôtes.

Bien que le sol abrite une pléthore de phages, une part significative de leurs organismes hôtes reste non identifiée, ce qui entrave la caractérisation génomique. Une étude récente a comblé cette lacune de connaissances en utilisant une technologie avancée de capture de conformation chromosomique à haut débit (Hi-C). Cette approche innovante permet de capturer directement les relations phage-hôte dans le sol, fournissant des preuves empiriques du rôle des phages dans la dynamique des populations bactériennes au sein de cet environnement.

Schéma de la conception expérimentale et du flux de travail d'analyse des données. (Wu et al., 2023)

Identification des infections dans le microbiome du sol à l'aide du séquençage métagénomique Hi-C

L'étude a produit 479 unités taxonomiques opérationnelles virales (vOTUs), toutes identifiées comme des phages. Environ la moitié de ces vOTUs ont échappé à la classification, tandis que le reste a été attribué à la classe des Caudoviticetes. Un arbre viral avec trois branches principales a efficacement représenté la similarité génomique des vOTUs dans chaque échantillon. Grâce à Analyse métagénomique Hi-C19 phages ont été définitivement liés à des hôtes de génomes assemblés par métagénome (MAG) distincts.

Interactions entre les phages du sol et leurs hôtes révélées par la métagénomique Hi-C. (Wu et al., 2023)

Ces phages associés à l'hôte constituaient une portion notable, allant de 5,3 % à 15,0 %, de l'abondance totale des séquences de phages observées dans les échantillons. De plus, l'étude a révélé 124 séquences d'espacement CRISPR au sein des arrays CRISPR dans les MAG, montrant des correspondances avec des phages et révélant 121 jonctions uniques phage-hôte.

Hi-C et métatranscriptome révèlent plus de lysogénie après le séchage du sol.

L'étude a comparé les résultats avant et après une incubation de séchage de deux semaines, simulant le séchage estival typique des sols de prairie arides. Les résultats ont révélé des changements significatifs dans la communauté de phages du sol en raison du séchage du sol, avec seulement 18,0 % des unités taxonomiques opérationnelles virales (vOTUs) détectées à la fois dans les sols avant et après séchage.

Richesse, abondance et activités transcriptionnelles des vOTUs associés à l'hôte. (Wu et al., 2023)

L'impact du dessèchement du sol sur les communautés de phages associées aux hôtes était remarquable, comme en témoigne Analyse du métagénome Hi-CLe sol après séchage a montré une proportion significativement plus élevée de vOTUs associés à l'hôte par rapport au sol avant séchage (p < 0,05). Cependant, l'abondance relative de ces vOTUs associés à l'hôte n'a pas montré de différence significative entre les sols avant et après séchage (p = 0,18).

Données métatranscriptomiques des informations supplémentaires, révélant un pourcentage plus élevé de vOTUs associés à l'hôte transcriptionnellement actifs après le séchage du sol. Cependant, malgré cette augmentation, l'activité transcriptionnelle moyenne de ces vOTUs a montré un déclin après le séchage du sol, comme l'indique un pourcentage plus faible de transcrits alignés aux vOTUs associés à l'hôte.

Reconstruction Hi-C du réseau d'infection des phages du sol hôte

Génomes assemblés à partir de métagénomes (MAGs) identifiés comme hôtes de phages grâce au séquençage Hi-C comprenaient divers phylums bactériens, y compris les Acidobactéries, les Actinobactéries, les Chlamydiae, les Bactériophages, les Gemmatimonadota et les Protéobactéries. Chaque MAG associé à un ou plusieurs phages formait un groupe d'hôtes distinct.

Dans le sol pré-séchage, deux des cinq unités taxonomiques opérationnelles virales associées aux hôtes (vOTUs) étaient liées à un seul MAG hôte, tandis que les trois vOTUs restants étaient associés à plusieurs hôtes (V1, V2 et V3). Les vOTUs connectés à plusieurs hôtes présentaient une richesse et une abondance plus élevées par rapport à ceux liés à un seul hôte. Certains hôtes étaient fortement concentrés dans le réseau de co-occurrence de la communauté bactérienne, indiquant que l'infection par les phages influence de manière significative les interactions au sein de la communauté bactérienne du sol.

Réseau d'infection phage-hôte et analyse de co-occurrence des communautés. (Wu et al., 2023)

Le réseau de co-occurrence communautaire a été utilisé pour identifier les membres microbiens ayant une forte centralité, signifiant leurs connexions étendues avec d'autres espèces ou leurs positions clés dans le réseau. Les résultats ont indiqué que les MAGs servant d'hôtes pour les phages étaient parmi les nœuds les plus centraux du réseau. Fait intéressant, l'abondance ne s'est pas révélée être le principal facteur déterminant la centralité dans le réseau de co-abondance des hôtes.

L'infection par les phages régule la dynamique de population des hôtes.

L'étude a noté une augmentation du nombre moyen de copies virales (VPH) par hôte et une réduction de l'activité transcriptionnelle virale après une incubation de deux semaines de dessiccation du sol, indiquant une augmentation des infections lysogéniques. De plus, le dessèchement du sol a induit des changements dans la gamme d'hôtes des phages observés. Notamment, la forte corrélation négative entre le VPH et l'abondance des hôtes avant le dessèchement implique que l'augmentation des infections lysogéniques entraîne une mortalité accrue des hôtes, exerçant un impact négatif sur l'abondance des hôtes.

Référence:

1. Wu, R., Davison, M.R., Nelson, W.C. et al. Le séquençage du métagénome Hi-C révèle des interactions entre les phages du sol et leurs hôtes. Nat Commun quatorze, 7666 (2023).