Evolution, Biosynthèse et Régulation des Phycobilisomes chez les Cyanobactéries Marines du Genre Synechococcus – PHYCOSYN

1. Contexte de la demande Les cyanobactéries sont des organismes procaryotes capables de photosynthèse oxygénique. Apparu il y a environ 3 milliards d'années, ce groupe a permis l'oxygénation progressive de l'atmosphère terrestre primordiale, la rendant propice au développement des organismes aérobies qui représentent la majorité des organismes peuplant les écosystèmes actuels. Ce groupe ancien et ubiquiste est extrêmement diversifié, notamment au niveau pigmentaire. La plupart des cyanobactéries captent la lumière du soleil grâce à des phycobilisomes, qui sont des macrocomplexes composés d'un assemblage de plusieurs types de protéines (allophycocyanine, phycocyanine, phycoérythrine, etc) fixant chacune un ou deux types de chromophores (ou phycobilines). Ces complexes protéines-pigments leur permettent de s'adapter au mieux à la quantité et à la qualité de la lumière ambiante. Ainsi, dans le milieu marin, les cyanobactéries marines unicellulaires du genre Synechococcus ont développé des pigmentations leur permettant de vivre préférentiellement soit dans les eaux côtières vertes, soit dans les eaux bleues du large. Certaines souches ont même la capacité de varier leur pigmentation pour s'adapter à un changement éventuel de leur environnement lumineux (adaptation chromatique). Vu la complexité remarquable des phycobilisomes (notamment par rapport à l'antenne des plantes), le répertoire de gènes nécessaire à leur biosynthèse et leur régulation est relativement important. Ainsi, nous avons repéré près d'une trentaine de gènes impliqués dans ces fonctions chez Synechococcus sp. WH8102, une souche pélagique entièrement séquencée (Six et al., 2005). Avec le développement récent mais spectaculaire de la génomique, une douzaine de génomes complets de Synechococcus marins seront disponibles d'ici fin 2005 (au moins un génome pour chacun des 10 clades de Synechococcus marins connus à ce jour ; Fuller et al., 2003), qui s'ajouteront à une quinzaine de génomes d'autres cyanobactéries, marines ou d'eau douce. L'équipe 1 est fortement impliquée dans cette dynamique, puisqu'elle coordonne le séquençage et l'annotation de deux de ces génomes, séquencés par le Genoscope, et sera directement impliquée dans l'annotation de 6 autres actuellement en cours de séquençage par le Venter Genome Center (Etats-Unis). Cette extraordinaire source d'information génomique va permettre des études sans précédent de l'évolution de voies métaboliques complètes et de fonctions complexes au sein de la radiation des cyanobactéries marines. Ce projet qui s'intéresse à une fonction particulière, la biogenèse et la régulation des phycobilisomes des Synechococcus marins, va donc constituer un travail pionnier d'exploitation de cette immense ressource génomique. Il va notamment s'avérer très utile pour la communauté des bioinformaticiens, notamment en réduisant le nombre de gènes « hypothétiques conservés » qui minent les bases de données génomiques. Par ailleurs, nos travaux pourraient fournir des informations précieuses aux compagnies biotechnologiques désireuses de développer de nouveaux marqueurs fluorescents. 2. Objectifs du projet Le projet proposé comporte deux volets : - un volet bioinformatique/génomique comparative, impliquant principalement l'équipe 1. Il consistera à analyser et comparer le répertoire de gènes impliqué dans la biosynthèse et la régulation des phycobilisomes entre tous les génomes de Synechococcus marins bientôt disponibles, ainsi qu'avec d'autres souches sélectionnées de cyanobactéries marines et d'eau douce. Le but de cette étude phylogénétique comparative sera de comprendre l'évolution de ces différents gènes et plus globalement l'évolution de la structure, de la pigmentation et de la régulation des phycobilisomes dans leur ensemble au sein de la radiation des cyanobactéries. Ce sera le travail de thèse de Laetitia Guillot, actuellement en stage de Master de bioinformatique dans l'équipe 1 et pour laquelle une bourse de thèse a été