Depuis les années 1950, les apports trophiques en milieux côtiers ont été largement perturbés par une augmentation des apports en azote et phosphore liés aux activités agricoles et urbaines Dans le but d’étudier les éventuelles réponses adaptatives du phytoplancton face à ces modifications de l’écosystème côtier et de comprendre si ces perturbations sont une conséquence directe de la prolifération de certaines microalgues, des cultures de dinoflagellés toxiques et non toxiques (Alexandrium minutum et Scrippsiella donghaienis) obtenues par germination, ont été analysés par le biais d’une approche métabolomique.

Alexandrium qui est une microalgue pélagique qui produit justement des efflorescences de plus en plus importantes en nombre et en intensité l’été, est une espèce dont certaines souches sont productrices de toxines paralysantes de la famille des saxitoxines. Ces toxines, lorsqu’elles s’accumulent dans les mollusques bivalves, sont un danger pour la santé humaine puisqu’elles peuvent entrainer le décès des consommateurs par asphyxie.

Alexandrium minutum et Scrippsiella donghaienis produisent, au cours de leur cycle de vie, des kystes de résistance, revivifiables qui peuvent s’accumuler dans les sédiments de l’environnement marin côtier durant des centaines d’années. C’est pourquoi dans le cadre du projet MEDINA, il a été proposé que ces deux populations phytoplanctoniques des milieux estuariens aient «enregistré» dans ces cellules préservées sous forme de kystes dans les sédiments anciens, leur adaptation à ces changements de leur écosystème.

grâce à une approche métabolomique, menée sur une large variété de métabolites produits par des microalgues, dans des conditions de culture données nous présentons les résultats d’une comparaison entre des souches « anciennes » supposées représenter les populations du passé qui auraient conservé des adaptations aux conditions du milieu de leur époque versus des souches « modernes » représentatives des conditions actuelles du milieu côtier

La conception expérimentale a été réalisée sur la base de cultures discontinues d’Alexandrium minutum et de Scrippsiella donghaienis, non axéniques pour 4 phases de croissance, 2 espèces, 2 âges par écosystème (48 échantillons, n = 3), à partir de sédiments datant de 1986 pour les espèces dites « anciennes » et de souches « modernes » datant de 2006.

Le suivi des différentes cinétiques de croissance des souches anciennes et modernes d'Alexandrium minutum et de Scrippsiella donghaienis a été analysé par LC-HRMS et un workflow statistique complet a été conçu. Il a servi pour les tests d'hypothèses univariés et la modélisation multivariée par PCA sur une plateforme de chimiométrie, Agilent Mass Profiler Professional (MPP).

Les empreintes métaboliques des différentes étapes ont permis de mettre en évidence la distribution des métabolites communs et / ou spécifiques de l'âge de la culture mais aussi ceux communs et spécifiques aux différentes phases de croissance (exponentielle ou stationnaire et complémentée ou limitée en phosphore).

L'examen des réponses physiologiques et adaptatives obtenues a été comparé selon 2 modèles de workflows: une version « constructeur » citée ci-dessus et un portail collaboratif dédié au traitement des données métabolomiques, à l'analyse et à l'annotation « Workflow4Metabolomics »

Aquatic ecosystems worldwide have been negatively affected by eutrophication, many of them driven by increasing nutrient inputs from untreated domestic sewage and industrial and agricultural wastewater. During their life cycle, Alexandrium minutum and Scrippsiella donghaienis can produce resistant and revivable cysts that can accumulate in the sediments of the coastal marine environment for hundreds of years.

As a working hypothesis, we presumed that these two genera have preserved their adaptation to such ecosystem changes in the form of cysts in the old sediments. From revivified cysts, some cultures of toxic and non-toxic dinoflagellates (A. minutum and S. donghaienis) were analyzed by a untargeted metabolomics approach by LC-HRMS to study the possible adaptive responses of phytoplankton to these modifications of coastal ecosystems.

Strains of S. donghaienis were obtained from sediments isotopically dated to 1986 (ancient) and 2006 (modern) while those of A. minutum dated from 1996 (ancient) and 2006 (modern). In total 84 samples were obtained, with each experimental condition (species, age, growth phase) being cultured in triplicate in phosphate depleted conditions.

More specifically, two workflows have been used for univariate and multivariate modelling on:

(i)a chemometrics platform, Agilent Mass Profiler Professional (MPP)

(ii) a collaborative portal dedicated to metabolomic data processing, analysis and annotation “Workflow4Metabolomics”