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Genomic evidence for global ocean plankton biogeography shaped by large-scale current systems

Authors :
Richter, Daniel J.
Watteaux, Romain
Vannier, Thomas
Leconte, Jade
Frémont, Paul
Reygondeau, Gabriel
Maillet, Nicolas
Henry, Nicolas
Benoit, Gaëtan
da Silva, Ophélie
Delmont, Tom O.
Fernández-Guerra, Antonio
Suweis, Samir
Narci, Romain
Berney, Cedric
Eveillard, Damien
Gavory, Frederick
Guidi, Lionel
Labadie, Karine
Mahieu, Eric
Poulain, Julie
Romac, Sarah
Roux, Simon
Dimier, Céline
Kandels‐Lewis, Stefanie
Picheral, Marc
Searson, Sarah
Oceans, Tara
Pesant, Stéphane
Aury, Jean-Marc
Brum, Jennifer R.
Lemaitre, Claire
Pelletier, Eric
Bork, Peer
Sunagawa, Shinichi
Lombard, Fabien
Karp-Boss, Lee
Bowler, Chris
Sullivan, Matthew B.
Karsenti, Eric
Mariadassou, Mahendra
Probert, Ian
Peterlongo, Pierre
Wincker, Patrick
Vargas, Colomban de
Ribera d’Alcalà, Maurizio
Iudicone, Daniele
Jaillon, Olivier
Tara Oceans Coordinators
Centre National de la Recherche Scientifique (France)
European Molecular Biology Laboratory
Centre National de Séquençage (France)
National Fund for Scientific Research (Belgium)
Stazione Zoologica Anton Dohrn
Università degli Studi di Milano
Université Paris Sciences & Lettres
Agence Nationale de la Recherche (France)
National Science Foundation (US)
Veolia Foundation
Région Bretagne
World Courier
Illumina
Cap L’Orient
Fondation EDF
Fondation pour la Recherche sur la Biodiversité
Fondation Prince Albert II de Monaco
Ministère de l'Europe et des Affaires étrangères (France)
Adaptation et diversité en milieu marin (ADMM)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Station biologique de Roscoff (SBR)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZN)
Institut méditerranéen d'océanologie (MIO)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Génomique d'Evry (IG)
Université Paris-Saclay-Institut de Biologie François JACOB (JACOB)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Genoscope - Centre national de séquençage [Evry] (GENOSCOPE)
Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
University of British Columbia (UBC)
Hub Bioinformatique et Biostatistique - Bioinformatics and Biostatistics HUB
Institut Pasteur [Paris]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
Max Planck Institute for Marine Microbiology
Max-Planck-Gesellschaft
Dipartimento di Fisica e Astronomia 'Galileo Galilei'
Università degli Studi di Padova = University of Padua (Unipd)
Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Scienze FIsiche della Materia (CNISM)
Mathématiques et Informatique Appliquées du Génome à l'Environnement [Jouy-En-Josas] (MaIAGE)
Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Station biologique de Roscoff (SBR)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N)
Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Combinatoire et Bioinformatique (LS2N - équipe COMBI)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST)
Laboratoire d'océanographie de Villefranche (LOV)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de la Mer de Villefranche (IMEV)
Institut de Biologie François JACOB (JACOB)
Ohio State University [Columbus] (OSU)
Institut de biologie de l'ENS Paris (IBENS)
Département de Biologie - ENS Paris
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Center for Marine Environmental Sciences [Bremen] (MARUM)
Universität Bremen
Ecology and Evolutionary Biology [Tucson] (EEB)
University of Arizona
Scalable, Optimized and Parallel Algorithms for Genomics (GenScale)
Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-GESTION DES DONNÉES ET DE LA CONNAISSANCE (IRISA-D7)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes 1 (UR1)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
European Molecular Biology Laboratory [Heidelberg] (EMBL)
University of Maine
Institut Pasteur [Paris] (IP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Fédération de recherche de Roscoff (FR2424)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
French National Research Agency (ANR)HYDROGEN/ANR-14CE23-0001
National Science Foundation (NSF)OCE-1536989
OCE-1829831
Commissariat a l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives
Graphene Flagship
European Project: 634486,H2020,H2020-BG-2014-2,INMARE(2015)
European Project: 287589,EC:FP7:KBBE,FP7-OCEAN-2011,MICRO B3(2012)
Adaptation et diversité en milieu marin (AD2M)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Universita degli Studi di Padova
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Combinatoire et Bioinformatique (COMBI)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Département de Biologie - ENS Paris
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Station biologique de Roscoff (SBR)
Centre de Mathématiques et de Leurs Applications (CMLA)
École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Toulon (UTLN)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pasteur [Paris]
Infectiologie Santé Publique (ISP-311)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Tours
Institut Pprime (PPRIME)
Université de Poitiers-ENSMA-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Laboratoire d'Informatique de Nantes Atlantique (LINA)
Mines Nantes (Mines Nantes)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de biologie de l'ENS Paris (UMR 8197/1024) (IBENS)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Source :
eLife, eLife, 2022, ⟨10.7554/eLife.78129⟩, eLife, 2022, 11, pp.e78129. ⟨10.7554/eLife.78129⟩, ELIFE, Richter, D J, Watteaux, R, Vannier, T, Leconte, J, Frémont, P, Reygondeau, G, Maillet, N, Henry, N, Benoit, G, Da Silva, O, Delmont, T O, Fernàndez-Guerra, A, Suweis, S, Narci, R, Berney, C, Eveillard, D, Gavory, F, Guidi, L, Labadie, K, Mahieu, E, Poulain, J, Romac, S, Roux, S, Dimier, C, Kandels, S, Picheral, M, Searson, S, Pesant, S, Aury, J-M, Brum, J R, Lemaitre, C, Pelletier, E, Bork, P, Sunagawa, S, Lombard, F, Karp-Boss, L, Bowler, C, Sullivan, M B, Karsenti, E, Mariadassou, M, Probert, I, Peterlongo, P, Wincker, P, de Vargas, C, d'Alcalà, M R, Iudicone, D & Jaillon, O 2022, ' Genomic evidence for global ocean plankton biogeography shaped by large-scale current systems ', eLife, vol. 11, e78129 . https://doi.org/10.7554/eLife.78129
Publication Year :
2022
Publisher :
eLife Sciences Publications, 2022.

Abstract

Biogeographical studies have traditionally focused on readily visible organisms, but recent technological advances are enabling analyses of the large-scale distribution of microscopic organisms, whose biogeographical patterns have long been debated. Here we assessed the global structure of plankton geography and its relation to the biological, chemical, and physical context of the ocean (the ‘seascape’) by analyzing metagenomes of plankton communities sampled across oceans during the Tara Oceans expedition, in light of environmental data and ocean current transport. Using a consistent approach across organismal sizes that provides unprecedented resolution to measure changes in genomic composition between communities, we report a pan-ocean, size-dependent plankton biogeography overlying regional heterogeneity. We found robust evidence for a basin-scale impact of transport by ocean currents on plankton biogeography, and on a characteristic timescale of community dynamics going beyond simple seasonality or life history transitions of plankton.<br />We thank the commitment of the following people and sponsors who made this expedition possible: CNRS (in particular Groupement de Recherche GDR3280), European Molecular Biology Laboratory (EMBL), Genoscope/CEA, Fund for Scientific Research – Flanders, VIB, Stazione Zoologica Anton Dohrn, UNIMIB, Paris Sciences et Lettres (PSL) Research University (ANR-11-IDEX-0001–02), the French Government ANR (projects FRANCE GENOMIQUE/ANR-10-INBS-09, MEMO LIFE/ANR-10-LABX-54, POSEIDON/ANR-09-BLAN-0348, PROMETHEUS/ANR-09-PCS-GENM-217, MAPPI/ANR-2010-COSI-004, TARA-GIRUS/ANR-09-PCS-GENM-218), US NSF grant DEB-1031049, FWO, BIO5, Biosphere 2, Agnès b., the Veolia Environment Foundation, Région Bretagne, World Courier, Illumina, Cap L’Orient, the EDF Foundation EDF Diversiterre, FRB, the Prince Albert II de Monaco Foundation, Etienne Bourgois, the Tara schooner and its captain and crew. We thank MERCATOR-CORIOLIS and ACRI-ST for providing daily satellite data during the expedition. The bulk of genomic computations were performed using the Airain HPC machine provided through GENCI- [TGCC/CINES/IDRIS] (grants t2011076389, t2012076389, t2013036389, t2014036389, t2015036389 and t2016036389). We are also grateful to the French Ministry of Foreign Affairs for supporting the expedition and to the countries who granted us sampling permissions.

Details

ISSN :
2050084X
Database :
OpenAIRE
Journal :
eLife, eLife, 2022, ⟨10.7554/eLife.78129⟩, eLife, 2022, 11, pp.e78129. ⟨10.7554/eLife.78129⟩, ELIFE, Richter, D J, Watteaux, R, Vannier, T, Leconte, J, Frémont, P, Reygondeau, G, Maillet, N, Henry, N, Benoit, G, Da Silva, O, Delmont, T O, Fernàndez-Guerra, A, Suweis, S, Narci, R, Berney, C, Eveillard, D, Gavory, F, Guidi, L, Labadie, K, Mahieu, E, Poulain, J, Romac, S, Roux, S, Dimier, C, Kandels, S, Picheral, M, Searson, S, Pesant, S, Aury, J-M, Brum, J R, Lemaitre, C, Pelletier, E, Bork, P, Sunagawa, S, Lombard, F, Karp-Boss, L, Bowler, C, Sullivan, M B, Karsenti, E, Mariadassou, M, Probert, I, Peterlongo, P, Wincker, P, de Vargas, C, d'Alcalà, M R, Iudicone, D & Jaillon, O 2022, ' Genomic evidence for global ocean plankton biogeography shaped by large-scale current systems ', eLife, vol. 11, e78129 . https://doi.org/10.7554/eLife.78129
Accession number :
edsair.doi.dedup.....69b587a8c2284770315d7433ae8297b0