ANCESSTRAM: Reconstruction des caractéristiques des straménopiles ancestraux pour comprendre leur évolution et leur succès écologique – ANCESSTRAM

Le projet combine l'utilisation de méthodes moléculaires (séquençage de gènes et de génomes
avec les nouvelles technologies de séquençage à haut débit) et de microbiologie classique (échantillonnage avec une forte fréquence, observation au microscope et culture au laboratoire) pour produire des données massives qui seront ensuite analysées par des méthodes phylogénétiques et phylogénomiques. L'ensemble de ces méthodes permettra d'élucider les facteurs environnementaux qui déterminent la diversité des stramenopiles et d'identifier un certain nombre de gènes importants dans l'adaptation de différentes espèces de straménopiles a leurs niches. Des manipulations de populations naturelles au laboratoire serviront à tester la validité de ces inférences

Grâce a des analyses de génomique comparative, nous avons pu montrer que dans les chloroplastes des straménopiles photosynthétiques fonctionne un certain nombre de protéines acquises par transfert horizontal à partir d'algues vertes. Ces protéines ont des activités essentielles pour les chloroplastes (synthèse de protéines, construction du photosystème). De manière similaire, nous avons pu montrer que les stramenopiles parasites du tractus intestinal des vertébrés ont acquis des gènes, notamment à partir de bactéries, qui sont essentielles pour leur adaptation à leurs hôtes. Ces résultats sont importants dans le contexte de la forte controverse qui existe à l'heure actuelle sur le rôle et l'étendu du transfert de gènes chez les eucaryotes. Nous avons pu montrer que le transfert, même si beaucoup moins massif que chez les procaryotes, peut jouer un rôle majeur chez les eucaryotes dans l'adaptation à des nouveaux environnements.

Une connaissance approfondie de la diversité, la génomique et l'évolution des stramenopiles permettra de mieux connaître comment les différentes lignées de ce grand phylum se sont adaptées à leurs niches très variées. Ceci ouvre notamment des perspectives pour comprendre quels sont les gènes impliqués dans le parasitisme chez des groupes très répandus comme les Blastocystis et les oomycètes.

Quatre articles ont été publiés dans Mycology & Phytopathology (1), ICES Journal of Marine Science (1) et Molecular Biology and Evolution (2). Ces articles concernent différents aspects de l'écologie et l'évolution du grand phylum des straménopiles. Ces résultats ont aussi été disséminés dans la communauté scientifique à travers plusieurs conférences internationales

Les straménopiles (ou hétérokontes) forment l’un des principaux phylums eucaryotes et présentent une vaste diversité de formes, la plupart unicellulaires, comme chez les diatomées et des nombreux flagellés hétérotrophes, mais aussi multicellulaires chez les algues brunes. Ils montrent des styles de vie très divers (libres, parasites, photosynthétiques, hétérotrophes) et colonisent tous les environnements, notamment la mer, où ils sont très abondants et occupent des positions clés de la chaine trophique comme producteurs primaires (e.g., diatomées) et prédateurs de bactéries. Récemment, plusieurs nouvelles lignées de straménopiles, appelées MAST (MArine STtramenopiles), ont été identifiées parmi les espèces les plus abondantes du plancton marin. D’autres straménopiles sont des importants parasites d’animaux et de plantes (comme Blastocystis et les oomycètes) et représentent des menaces sanitaires et économiques très graves. Cependant, malgré leur importance écologique et socioéconomique, la génomique de la plupart des straménopiles, leur évolution et les caractéristiques des espèces ancestrales qui pourraient aider à expliquer leur énorme diversité et leur importance écologique actuelles restent très méconnues. Nous allons étudier ces questions avec une double approche : 1) Le séquençage des génomes et des transcriptomes de 20 espèces de straménopiles avec des positions phylogénétiques basales pour inférer le contenu en gènes et les caractéristiques génomiques de leurs ancêtres par génomique comparative et phylogénomique ; 2) L’étude des espèces marines dans la baie de Villefranche à plusieurs profondeurs pendant 2 ans par microscopie, cytométrie en flux et méthodes moléculaires (séquençage massive de gènes 18S rRNA et métatranscriptomique en utilisant les nouveaux génomes comme référence), combinée à des expériences de manipulation du planton pour identifier les paramètres biotiques (e.g., prédation) et abiotiques (e.g., température, pH) qui régulent la taille et la composition des populations de straménopiles marins.

Avec ces approches, ANCESSTRAM produira plusieurs types de résultats : 1) Mise en culture de nouveaux MAST ; 2) séquences génomiques complètes et transcriptomes de 20 straménopiles (nouvelles espèces et souches de collection) ; 3) caractérisation de la diversité et la dynamique des straménopiles en surface et en profondeur dans la baie de Villefranche pendant 2 ans ; 4) séquences des gènes exprimés par les communautés planctoniques de surface et de profondeur de Villefranche (métatranscriptomes) ; 5) données qualitatives et quantitatives sur la présence et l’identité des straménopiles dans la baie de Villefranche ; 6) une phylogénie résolue des straménopiles basée sur des centaines de marqueurs conservés ; 7) l’identification des gènes présents dans des nœuds ancestraux de la phylogénie des straménopiles, comme chez les ancêtres des groupes photosynthétiques ou des parasites ; et 8) l’identification des gènes acquis par transfert horizontal qui puissent avoir été impliqués dans des adaptations comme le parasitisme d’hôtes animaux et végétaux ou la photosynthèse. Notre projet produira des connaissances nouvelles sur ces organismes divers et écologiquement importants et aidera à mieux comprendre l’histoire évolutive des straménopiles qui affectent aux activités humaines (les parasites humains et des plantes comme Blastocystis et les oomycètes), et l’origine des gènes qui les différencient des espèces libres. Ces gènes pourront devenir des nouvelles cibles pour les combattre plus efficacement. Les nouvelles séquences génomiques et transcriptomiques donneront des pistes pour expliquer l’extraordinaire plasticité phénotypique de ce groupe et ses multiples modes de vie. Finalement, les études écologiques et métatranscriptomiques serviront à identifier les gènes exprimés sous des contraintes environnementales diverses et nous renseigneront sur les raisons de leur remarquable succès écologique dans les milieux marins.