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Accompanying material, text, data and figures for the article de Vargas et al., 'Eukaryotic plankton diversity in the sunlit ocean', Science 348, 1261605 (2015), doi: 10.1126/science.1261605

This study demonstrates how cold-water coral morphology and habitat distribution are shaped by local hydrodynamics, using high-definition video from Tisler Reef, an inshore reef in Norway. A total of 334 video frames collected on the north-west (NW) and south-east (SE) side of the reef were investigated for Lophelia pertusa coral cover and morphology and for the cover of the associated sponges Mycale lingua and Geodia sp. Our results showed that the SE side was a better habitat for L. pertusa (including live and dead colonies). Low cover of Geodia sp. was found on both sides of Tisler Reef. In contrast, Mycale lingua had higher percentage cover, especially on the NW side of the reef. Bush-shaped colonies of L. pertusa with elongated branches were the most abundant coral morphology on Tisler Reef. The highest abundance and density of this morphology were found on the SE side of the reef, while a higher proportion of cauliflower-shaped corals with short branches were found on the NW side. The proportion of very small L. pertusa colonies was also significantly higher on the SE side of the reef. The patterns in coral spatial distribution and morphology were related to local hydrodynamics—there were more frequent periods of downwelling currents on the SE side—and to the availability of suitable settling substrates. These factors make the SE region of Tisler Reef more suitable for coral growth. Understanding the impact of local hydrodynamics on the spatial extent and morphology of coral, and their relation to associated organisms such as sponges, is key to understanding the past and future development of the reef.

Les dinoflagellés forment un groupe complexe de protistes avec une grande diversité de morphologies, physiologies, et cycles de vies qui leur confèrent une forte capacité d'adaptation à l'ensemble des milieux (marins et dulçaquicoles) et habitats (pélagiques et benthiques) aquatiques rendant difficile l¿étude de leur diversité et de leur écologie. L'objectif de cette thèse a été la recherche de patrons globaux de biodiversité et de structuration des communautés de dinoflagellés pélagiques marins à l'échelle planétaire. Un protocole d'échantillonnage morphogénétique, couvrant la totalité de leur spectre de taille et une partie importante de leurs variabilités spatio-temporelles, a été développé (Tara-Oceans). Divers outils d'acquisition automatique à haut débit des données ont été testés. La diversité, l'abondance relative et la distribution géographique des espèces du genre Neoceratium ont été évaluées en mer Méditerranée par FlowCAM. Une étude de la structuration de la biodiversité a été réalisée par metabarcoding de l¿ADNr 18S (fragment V9). La construction d'une base de séquences ADNr de référence (DinR2) a permis l¿assignation taxonomique des metabarcodes environnementaux. L¿approche par metabarcode révèle une diversité remarquable et insoupçonnée des pico-dinoflagellés (<5µm) et que, indépendamment de l'écosystème étudié et de la période d'échantillonnage, l¿abondance des différents ordres dépend essentiellement de la taille (pico-, nano-, micro-, et meso-plancton). La structuration des communautés de dinoflagellés de différentes fractions de tailles de la zone photique a été confrontée à certains facteurs environnementaux ouvrant des pistes de recherche prometteuses Dinoflagellates form a complex group of protists with a variety of morphologies, physiologies, and life cycles that give them a strong adaptation to all aquatic environments (marine and freshwater) and habitats (pelagic and benthic) making difficult to study their diversity and ecology. The objective of this thesis was the search for global biodiversity patterns and community structure of marine pelagic dinoflagellates across the world?s oceans. A morphogenetic sampling protocol, covering the entire spectrum of their size and an important part of their spatio-temporal variability, was developed (Tara-Oceans). Various tools for an automatic acquisition broadband data were tested. Diversity, relative abundance and geographical distribution of the genus Neoceratium were evaluated by FlowCAM in Mediterranean Sea. A study of the structure of biodiversity was conducted by metabarcoding with 18S rDNA (V9 fragment). Building a base of rDNA reference sequences (DinR2) allowed the taxonomic assignment of environmental metabarcodes. The metabarcode approach reveals a remarkable and unexpected diversity of pico-dinoflagellates (<5?m) and, regardless of the studied ecosystem and the sampling period, that abundance of different levels mainly depends to the size fractions (pico-, nano-, micro- and meso- plankton). Structuring of dinoflagellates communities in different size fractions of the photic zone was facing to some environmental factors and opens promising avenues for research

Cold-water corals form substantial biogenic habitats on continental shelves and in deep-sea areas with topographic highs, such as banks and seamounts. In the Atlantic, many reef and mound complexes are engineered by Lophelia pertusa, the dominant framework-forming coral. In this study, a variety of mapping approaches were used at a range of scales to map the distribution of both cold-water coral habitats and individual coral colonies at the Mingulay Reef Complex (west Scotland). The new ArcGIS-based British Geological Survey (BGS) seabed mapping toolbox semi-automatically delineated over 500 Lophelia reef ‘mini-mounds’ from bathymetry data with 2-m resolution. The morphometric and acoustic characteristics of the mini-mounds were also automatically quantified and captured using this toolbox. Coral presence data were derived from high-definition remotely operated vehicle (ROV) records and high-resolution microbathymetry collected by a ROV-mounted multibeam echosounder. With a resolution of 0.35 × 0.35 m, the microbathymetry covers 0.6 km2 in the centre of the study area and allowed identification of individual live coral colonies in acoustic data for the first time. Maximum water depth, maximum rugosity, mean rugosity, bathymetric positioning index and maximum current speed were identified as the environmental variables that contributed most to the prediction of live coral presence. These variables were used to create a predictive map of the likelihood of presence of live cold-water coral colonies in the area of the Mingulay Reef Complex covered by the 2-m resolution data set. Predictive maps of live corals across the reef will be especially valuable for future long-term monitoring surveys, including those needed to understand the impacts of global climate change. This is the first study using the newly developed BGS seabed mapping toolbox and an ROV-based microbathymetric grid to explore the environmental variables that control coral growth on cold-water coral reefs.

La métagénomique vise à étudier le contenu génétique et génomique d'un échantillon provenant d'un environnement naturel. Cette discipline récente s'attache à étudier les génomes de différents organismes provenant d'un même milieu. La métagénomique pose de nouvelles questions, tant d'un point de vue biologique qu'informatique. Les masses de données générées par les études métagénomiques et la complexité des milieux étudiés, nécessitent de développer de nouvelles structures de données et de nouveaux algorithmes dédiés. Parmi les différentes approches existantes en métagénomique, la métagénomique comparative consiste à comparer plusieurs métagénomes afin d'en connaître les divers degrés de similarité. Lorsque cette comparaison se base uniquement sur le contenu brut des échantillons, sans faire appel à des connaissances externes, on parle de métagénomique comparative de novo. L'objectif des travaux que nous proposons est de développer une méthode permettant d'extraire les séquences similaires de deux jeux de données métagénomiques, où chaque jeu peut être composé de centaines de millions de courtes séquences. La comparaison proposée consiste à identifier les séquences d'un premier jeu similaires à au moins une séquence d'un second jeu. Afin d'être rapide et économe en mémoire, l'implémentation de notre méthode a nécessité la conception d'une nouvelle structure d'indexation, basée sur le filtre de bloom. Le logiciel final, nommé Compareads, a une consommation mémoire faible (de l'ordre de quelques go) et peut calculer l'intersection de deux échantillons de 100 millions de séquences chacun en une dizaine d'heures. Notre méthode est une heuristique qui génère un faible taux de faux positifs. Le logiciel Compareads est dédié à l'analyse de grands jeux de données métagénomiques. À l'heure actuelle, il est le seul outil capable de comparer de tels jeux. Compareads a été appliqué sur plusieurs projets métagénomiques. Notre outil produit des résultats robustes, biologiquement exploitables et en accord avec diverses méthodes fondamentalement différentes. Il est actuellement utilisé de manière intensive sur les échantillons provenant de l'expédition tara oceans. Sur ce projet, notre méthode à permis de mettre en évidence que les grands systèmes océaniques influent sur la répartition globale des micro-organismes marins.

Agulhas rings provide the principal route for ocean waters to circulate from the Indo-Pacific to the Atlantic basin. Their influence on global ocean circulation is well known, but their role in plankton transport is largely unexplored. We show that, although the coarse taxonomic structure of plankton communities is continuous across the Agulhas choke point, South Atlantic plankton diversity is altered compared with Indian Ocean source populations. Modeling and in situ sampling of a young Agulhas ring indicate that strong vertical mixing drives complex nitrogen cycling, shaping community metabolism and biogeochemical signatures as the ring and associated plankton transit westward. The peculiar local environment inside Agulhas rings may provide a selective mechanism contributing to the limited dispersal of Indian Ocean plankton populations into the Atlantic.