Mechanisms of iron assimilation in marine micro-algae – PHYTOIRON

-Génétique: utilisation de données transcriptomiques, RNAseq, disruption de gènes, criblage de banques de cDNA, complémentation fonctionnelle chez la levure
-Biochimique: protéomique, analyse des protéines par électrophorèse et par FPLC
-Physiologique et enzymologique: cinétique du transport du fer, dynamique du fer intracellulaire
-Écologique: étude d'échantillons prélevés in situ (KEOPS), étude d'écotypes

-Caractérisation des différentes stratégies de transport et de stockage du fer chez les micro-algues marines
-Identification de protéines et gènes impliqués dans le transport du fer
-Caractérisation d'une espèce (O. tauri) délétée du gène codant pour la ferritine
-Propriétés de la ferritine de O. tauri
-Régulation du transport et du stockage du fer par l'horloge circadienne

-Caractérisation des mécanismes de transport du fer réductifs et non-réductifs du fer chez les micro-algues marines, au plan biochimique, génétique et enzymologique
-Détermination de l'impact écologique du fer sur la compétition inter-spécifique
-Caractérisation des différentes formes de stockage du fer et dynamique du fer intracellulaire
-Caractérisation des liens entre métabolisme du fer et horloge circadienne

-1. Sutak R., Botebol H., Blaiseau P.L., Léger T., Bouget F.Y., Camadro J.M. and Lesuisse E. (2012). A comparative study of iron uptake mechanisms in marine microalgae : iron binding at the cell surface is a critical step. Plant Physiol 160, 2271-2284
-2 Morrissey, J. and Bowler, C. (2012). Iron Utilization in Marine Cyanobacteria and Eukaryotic Algae (2012). Frontiers in Microbiology 3, Article 43

Les micro-algues marines contribuent pour presque 50% à la production primaire sur terre. Le nutriment majoritairement limitant pour la croissance du phytoplancton dans les océans est le fer, élément vital pour les organismes photosynthétiques. On sait que la fertilisation des océans par le fer induit la croissance massive de certaines espèces dans de vastes régions océaniques, conduisant à une augmentation de la fixation du dioxyde de carbone atmosphérique, mais les effets de ces expériences sur l ‘écosystème marin sont inconnus. Réciproquement, l’augmentation de la pression partielle en dioxyde de carbone conduit à une diminution du pH des eaux océaniques, ce qui affecte la spéciation chimique du fer, avec ici encore des effets inconnus sur l’écologie des populations phytoplanctoniques. Peu de progrès ont été faits dans l’étude de la physiologie du phytoplancton ces 50 dernières années. En particulier, on ne connaît pratiquement rien des mécanismes d’assimilation du fer par le phytoplancton. Tous les systèmes de transport du fer décrits jusqu’à présent ont des constantes d’affinité de l’ordre du microM, soit mille à un million de fois supérieur à la concentration en fer dans l’eau de mer. Par conséquent, il existe probablement des systèmes de transport du fer à très haute affinité –qui restent à découvrir- chez les algues phytoplanctoniques, Avec ce projet, nous proposons d’élucider les stratégies et mécanismes d’assimilation du fer chez des espèces représentatives et écologiquement importantes du phytoplancton eucaryote (diatomées, coccolithophores, alvéolés). Nos résultats préliminaires indiquent que le fer peut être assimilé chez certaines de ces espèces soit par voie réductive, soit par voie non réductive. Nous étudierons comment ces mécanismes réductifs et non réductifs sont régulés (en fonction de la disponibilité du fer, mais aussi des rythmes circadiens), et nous identifierons et caractériserons les composants moléculaires impliqués dans le transport et le stockage du fer chez ces espèces. Nous y étudierons les impacts physiologiques d’un apport de fer et d’une limitation en fer en fonction des mécanismes de transport et de stockage du fer mis en jeu, et nous tenterons de déterminer comment l’un ou l’autre système de transport du fer peut constituer un avantage sélectif spécifique dans des conditions environnementales données (en particulier dans différentes conditions liées à la disponibilité du fer). De façon pratique, ce projet s’articule autour de quatre tâches spécifiques : 1) Définition des besoins en fer (forme et quantité) de chacune des espèces sélectionnées, et pour chacune d’elle caractérisation générale des systèmes de transport du fer (stratégie réductive ou non réductive de transport, utilisation ou non de sidérophores) ; 2) Caractérisation moléculaire des mécanismes mis en jeux dans le transport du fer chez ces espèces ; 3) Étude de la forme intracellulaire de stockage du fer, et réponse cellulaire à une déficience en fer ; 4) Étude de l’adaptation des espèces/écotypes à leurs environnements, et de la compétition inter-spécifique en fonction de la disponibilité du fer et des mécanismes de transport mis en jeu. Nous projetons de valider in situ nos observations par l’analyse méta-transcriptomique d’échantillons collectés lors d’une mission visant à étudier les effets d’une fertilisation naturelle de l’environnement marin par le fer (KEOPS2, Stéphane Blain). Transversalement à ces différentes tâches, nous nous intéresserons particulièrement aux effets probables des rythmes circadiens dans la régulation du transport et du métabolisme du fer, et réciproquement, au rôle du fer dans la régulation du métabolisme médiée par l’horloge circadienne. Ce projet constitue la première tentative pour caractériser sur une large échelle les systèmes de transport du fer et les réponses (au niveau de la cellule et des populations) du phytoplancton eucaryote aux changements de concentration en fer dans le milieu.