Séquençage du génome d'une algue marine capable de fixer le carbone
Une étude menée par des chercheurs en France et aux États-Unis a permis de séquencer le génome de la diatomée Phaeodactylum tricornutum, une espèce d'algue microscopique qui évolue dans l'océan et capable de capturer le carbone atmosphérique. Les diatomées sont des composants essentiels de puits de carbone océaniques, et produisent approximativement 20% de l'oxygène que nous respirons. Cette étude a considérablement contribué à améliorer notre compréhension sur leur processus de fonctionnement. Les résultats, publiés dans l'édition en ligne de la revue Nature, sont le fruit d'une collaboration internationale partiellement financée au titre du sixième programme-cadre de l'UE (6e PC). Les diatomées sont des organismes photosynthétiques qui vivent dans les océans ou dans les cours d'eau douce. Elles sont apparues depuis environ 180 millions d'années, et il existe à ce jour des centaines de milliers d'espèces de diatomées. L'étude actuelle a comparé la séquence génomique de l'espèce Phaeodactylum tricornutum, qui peut être aisément cultivée en laboratoire, à celle d'une autre espèce de diatomée dont le génome avait récemment été séquencé. Les structures des deux diatomées diffèrent de façon surprenante: en effet, 40% de leurs gènes sont différents. Chose intéressante, les chercheurs ont découvert qu'une centaine de gènes appartenant à des bactéries étaient présents dans les génomes des deux algues. Les gènes bactériens retrouvés dans les diatomées pourraient contribuer à leur succès écologique, en augmentant leur capacité à percevoir les signaux environnementaux ou à métaboliser le carbone organique et l'azote. Il semblerait que certains de ces gènes bactériens soient responsables de la composition membranaire de certaines cellules des diatomées, tandis que d'autres seraient responsables des «mécanismes de réplication, de réparation et de recombinaison d'ADN quelque peu dissidents». Selon l'étude, «ces découvertes devraient contribuer à expliquer l'étonnante diversité ainsi que le succès des diatomées dans les océans actuels.» Chris Fowler, de l'École Normale Supérieure en France et auteur principal de l'étude, explique que «ces organismes constituent un véritable 'melting pot' de caractères; un mélange hybride de mécanismes génétiques hérités de leurs ancêtres végétaux, animaux et bactériens, et optimalisés sur une courte période d'évolution de 180 millions d'années depuis leur première apparition.» L'étude montre que le transfert génétique entre les diatomées et d'autres organismes sont extrêmement fréquents dans l'environnement marin, faisant des diatomées «transgéniques par nature». Par exemple, les diatomées ont hérité de la capacité photosynthétique des végétaux et la capacité de traiter l'urée libérée (bien qu'à la différence des animaux, les diatomées utilisent l'urée pour capturer l'azote, non pas pour l'éliminer). Les chercheurs suggèrent que ce transfert génétique a constitué la force motrice principale au cours de l'évolution de l'algue. Une question centrale se pose désormais: les organismes fixateurs de carbone peuvent-ils affronter le changement environnemental? La découverte de l'acquisition sélective de matériel génétique de la diatomée provenant d'autres organismes permettra d'améliorer notre compréhension de l'étonnante et rapide diversification de ces algues, bien qu'il reste encore beaucoup à découvrir. L'équipe se concentrera ensuite sur le rôle du fer dans l'élimination de la photosynthèse et de l'assimilation de l'azote. Le Dr Bowler avance que pour ce faire, une possibilité serait d'utiliser le fer pour provoquer un bloom massif de diatomées en tirant partie de la capacité des diatomées à fixer le dioxyde de carbone ainsi que de la valeur du fer dans l'environnement marin. «Une fois que les diatomées ont absorbé le fer, le poids de leur coquilles en silicium, qui ressemble à du verre, forcent les diatomées à sombrer dans le fond de l'océan à leur mort, et le carbone qu'elles ont assimilé est alors stocké dans les fonds marins pour des millénaires. En séquestrant le carbone de cette manière, nous pourrions limiter les dégâts causés par la combustion des combustibles fossiles,» explique-t-il. La collaboration comprend des partenaires originaires de 10 pays et a été partiellement financée par les projets DIATOMICS et Marine Genomics, tous deux financés par l'UE.