Compétition pour la lumière dans l?océan: une approche génomique intégrée de la diversité, l'écologie et l'évolution des types pigmentaires de cyanobactéries dans le milieu marin – PELICAN

La compétition des organismes photosynthétiques pour la lumière a induit le développement d'une remarquable diversité de pigments et de protéines chromophorylées au cours de l'Evolution. Cette diversité est particulièrement étonnante chez les cyanobactéries marines du genre Synechococcus, l'un des deux phototrophes oxygéniques les plus abondants sur Terre. Six types pigmentaires distincts ont été décrits à ce jour chez ce genre, le plus sophistiqué étant capable de changer de pigmentation selon la couleur de la lumière ambiante. Cette grande variété de pigmentation joue probablement un rôle crucial dans la structure des communautés de Synechococcus. Elle provient de différences dans la composition des complexes collecteurs de la lumière (?phycobilisomes? ou PBS), qui sont composés de combinaisons variées de ?phycobiliprotéines?, chacune fixant un à trois types de chromophores (ou ?phycobilines?) différents. La plupart des gènes impliqués dans la synthèse et la régulation des ?bras? des PBS (la partie la plus variable de ces complexes) est rassemblée dans une région spécialisée de taille comprise entre 9 et 28,5 kpb. Dans le projet PELICAN, nous proposons une étude à grande échelle de la diversité des gènes de PBS i) en culture, en séquençant 20 souches de Synechococcus (en plus des 11 génomes actuellement disponibles) et ii) dans le milieu naturel, en séquençant des fosmides contenant la principale région PBS de Synechococcus collectés dans différents régimes trophiques en Mer Méditerranée. Le séquençage sera réalisé au Genoscope dans le cadre du projet ?MetaSyn?, accepté en 2008. Ainsi, le projet PELICAN permettra de couvrir les frais annexes, dont la préparation des échantillons pour le séquençage, les nombreuses analyses bioinformatiques, la caractérisation fonctionnelle des gènes de PBS et des études d'écologie moléculaire. Pour rendre cette énorme ressource génomique facilement exploitable par les partenaires et par la communauté scientifique, nous allons recompiler une base de données existante de groupes de gènes orthologues (Cyanorak) et re-dessiner l'interface web correspondante (http://www.sb-roscoff.fr/Phyto/cyanorak/). Alors que la base actuelle inclut 14 génomes de picocyanobactéries marines, la nouvelle base (Cyanorak2) incorporera 43 génomes (dont 31 de Synechococcus) ainsi que 200 régions PBS provenant du milieu naturel. La version 'restreinte' de l'interface web va nous permettre d'annoter manuellement les groupes d'orthologues. De plus, nous allons développer un système interactif de visualisation afin de comparer facilement les régions génomiques. Le projet PELICAN inclut aussi une partie post-génomique visant à caractériser quelques uns des nouveaux gènes découverts lors du séquençage massif. Nous allons effectuer des recherches systématiques de motifs au sein des séquences de protéines liées aux PBS afin de nous aider à leur assigner une fonction. Nous allons aussi utiliser des approches génétiques telles que la surexpression de gènes chez E. coli et déterminer la structure 3D de cibles sélectionnées. Enfin, notre projet inclut une partie sur l'écologie des types pigmentaires de Synechococcus dans le milieu naturel. L'information sur la variabilité génique générée dans ce projet sera mise à profit pour dessiner des amorces de PCR en temps réel fiables pour chacun des types pigmentaires, amorces qui seront ensuite utilisées pour mesurer précisément leur abondance et leur distribution dans divers environnements. Les principaux attendus scientifiques de ce projet seront i) d'obtenir des informations sur les variations de l'abondance relative des différent types pigmentaires de Synechococcus dans le milieu naturel le long de gradients physico-chimiques, ii) d'améliorer notre compréhension de l'évolution et des mécanismes de transfert latéral des gènes de phycobilisomes entre lignées de Synechococcus et iii) de découvrir de nouveaux types pigmentaires ainsi que de nouvelles phycobiliprotéines d'intérêt commercial potentiel.