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ANTHRO-ALGUES

Polymorphisme phénotypique et variabilité génique chez les diatomées dans un contexte d’anthropisation des océans

Equipe 1 : Evolution des Biominéralisations et Adaptations aux Contraintes Environnementales
2012 - 2013
Type de programme: 
National/Régional

Les diatomées sont des microalgues photosynthétiques unicellulaires dont la diversité est estimée entre 10 000 et 100 000 espèces ; l’une des lignées eucaryotes les plus diversifiés. Elles contribuent de façon majeure à l’écologie des écosystèmes marins et d’eaux douces. En effet, ces micro-organismes qui sont à la base de nombreuses chaines trophiques jouent des rôles clés dans la régulation des cycles biogéochimiques du carbone et de la silice. Ces dernières années notre compréhension de la biologie de ces organismes a fait des progrès notoires grâce notamment au séquençage de trois génomes, à la mise en place d’outils de génomiques fonctionnelles mais aussi à leurs intérêts potentiels dans les domaines de la chimie verte ou des biotechnologies. Aujourd’hui dans un contexte où les pressions anthropiques et naturelles sont de plus en plus importantes sur les écosystèmes marins, il est urgent d’étudier leurs impacts sur ces micro-algues.
La présente demande consiste donc à enrichir nos connaissances sur l’impact de facteurs environnementaux clés sur des diatomées marines. Ainsi, afin de mieux comprendre l’impact de l’acidification et de la concentration en acide silicique nous souhaiterions coupler des études physiologiques, morphométriques et dynamiques à des études génomiques. L’accès à des informations à large échelle sur le transcriptome de diatomées devrait nous donner des informations essentielles non-seulement pour comprendre l’origine évolutive de ces espèces mais aussi leurs capacités d’adaptation à des variations des conditions environnementales.
Nous souhaitons à présent compléter des premières études réalisées sur l’espèce Thalassiosira weissflogii par des analyses comparatives sur d’autres espèces de Thalassiosira provenant de différents écotypes (océaniques, côtiers, eaux saumâtres, eaux douces) et présentant des morphologies différentes. Ce taxon est l’un des plus anciens et les plus larges chez les diatomées
Ainsi nous avons initié des études sur 4 espèces du genre Thalassiosira, (T. weissflogii, T. rotula, T. nordenskioeldi et T. oceanica). Pour ces 4 espèces nous avons commencé l’étude de la dynamique en temps réel du processus de morphogenèse des frustules. Ces études cinétiques qui
seront couplées à celle de la morphométrie des thèques devraient notamment nous permettre d'affiner nos modèles de croissance de ces architectures et donc nous permettre de comprendre le lien potentiel entre la vitesse du processus et la morphologie des thèques. En parallèle nous réalisons des études physiologiques (vitesse de croissance, métabolisme du silicium, homéostasie de pH) en réponse à des variations du pH (pH=7,7 et 8,2) et de la concentration en acide silicique (100 μm et 10 μm). En parallèle à ces études nous réaliserons des analyses comparatives sur le transcriptome de ces 4 espèces de Thalassiosira mais cultivées dans deux conditions.
Ainsi dans un premier temps, grâce à un financement déjà obtenu par le MNHN, nous construirons des banques de référence correspondant aux transcriptomes de 4 espèces de Thalassiosira. Ces banques seront séquencées selon la technique dite Illumina (Paired-Ends 100 cycles ; 1/4 ligne, 10-20 millions de lectures; ce qui correspond si l’on se réfère au nombre de gènes identifier chez les trois espèces séquencées, à une couverture d’environ 14 fois la taille estimée de leur transcriptome).
La présente demande permettra ainsi de financer la réalisation de banques d’ADNc (Kit Epicentre ScriptSeq mRNA-Seq) pour ces 4 souches et dans les quatre conditions précitées (au total chacune des 16 banques portera un étiquetage spécifique). Le séquençage à large échelle des différents transcriptomes (« Single Reads » de 50 bases de long ; 1/4 ligne par banque, 10-20 millions de lectures) devrait permettre d’otenir des informations pertinentes et « complètes » dans la mesure où la couverture estimée est d’environ 1500 lectures par gène et par banques d’ADNc.
Ainsi, ces analyses comparatives nous donnerons non seulement des informations quantitatives sur les gènes impliqués dans l’adaptation aux variations du pH environnemental chez les diatomées mais aussi des informations qualitatives quant aux différences génomiques entre espèces provenant d’écotypes distincts. Par comparaison avec les informations connues chez T. pseudonana dont le génome complet est connu, nous espérons pouvoir identifier notamment de nouveaux gènes impliqués dans la morphogenèse du thèque en silice (protéines de type silaffines, transporteur silice, métabolisme des polyamines …). Enfin, ces ressources uniques seront un premier pas vers une meilleure compréhension de la notion d’espèce chez les diatomées.
Certaines des analyses bio-informatiques, la réalisation des banques et leurs séquençages seront réalisées en collaboration avec la plateforme d’étude du transcriptome de l’ENS avec laquelle nous avons travaillé par le passé. L’aide et la compétence du Service de Systématique Moléculaire du MNHN seront aussi un plus pour le succès de ce projet. Enfin, ces recherches apporteront aussi des informations utiles pour d’autres études prévues sur l’impact d’un pesticide, la chloredeconne, sur des biofilms naturel à diatomées (ANR CHLORENDIC, 2012) qui seront réalisées avec deux autres équipes de l’UMR BOREA.