Étude métallomique du phytoplancton: effet de l'acidification des océans sur la séquestration du fer – PHYTOMET

L’augmentation du CO2 atmosphérique affecte les océans et les écosystèmes marins en modifiant le cycle du carbone et en provoquant l’acidification des eaux de surface. Notre projet porte sur ce processus d’acidification, qui modifie la spéciation des métaux et leur disponibilité pour le phytoplancton : il est particulièrement important de comprendre et d’anticiper la manière dont la disponibilité du fer évoluera et comment le phytoplancton s’adaptera à ces changements. Notre projet s’articule autour de trois axes de recherche interconnectés. 1) Caractérisation du pool de fer de surface. Nos résultats montrent que des micro-algues dont les parois sont à base de silice (diatomées) ou de calcium (coccolithophores) sont capables de fixer du fer de façon massive et spécifique au niveau de la paroi. Ces algues sont à la base de la « pompe à carbone » océanique, et si des quantités substantielles de fer sont associées à leur paroi, le cycle du carbone lui-même affectera le cycle biogéochimique du fer. Nous utiliserons différentes techniques chimiques et physiques de pointe pour étudier la nature de ce fer de surface en utilisant des micro-algues modèles calciques et siliciques (E. huxleyi, P. tricornutum, T. oceanica). En particulier, i) nous générerons une banque de données extensive pour quantifier l’importance relative des principaux processus impliqués dans la spéciation du fer et des métaux compétiteurs lors de l’adsorption du fer et de son interaction avec les cellules intactes et les parois d’algues et ii) nous appliquerons une combinaison de techniques basées sur le synchrotron pour identifier la distribution cellulaire des métaux et leurs formes chimiques à la surface des micro-algues et plus généralement pour étudier les processus de bio-minéralisation. Des expériences pilotes seront menées sous atmosphère non contrôlée, puis nous étudierons dans un deuxième temps l’effet d’une augmentation de la pCO2 sur la fixation et la distribution du fer de surface. 2) Il est probable que la fixation du fer à la surface des cellules soit une composante de la stratégie de transport du fer dans les cellules. Nous poursuivrons donc la caractérisation des mécanismes de transport du fer chez des micro-algues marines représentatives, en corrélation avec ce fer de surface et avec le métallome. L’utilisation d’isotopes du Fe stables (54Fe, 56Fe, 57Fe, 58Fe) et radioactifs (55Fe, 59Fe) nous permettra de suivre l’évolution du fer de surface, de déterminer le rôle des protéines induites par un manque de fer dans son transport et sa rétention par la cellule, et d’étudier le rôle d’autres métaux de transition (Zn, Cu) dans le métabolisme du fer en fonction de la pCO2/du pH. Notre attention se portera aussi particulièrement sur le transport du fer basé sur les sidérophores, parce que les espèces capables d’utiliser ces sources de fer (dont la constante de stabilité est > (log) 30) devraient être moins affectées que les autres par les changements de spéciation du fer induits par l’acidification de l’environnement —et nos résultats récents suggèrent que les sidérophores pourraient jouer un rôle plus important dans le cycle du carbone que celui qui leur est généralement attribué. Dans un troisième axe de recherche, nous étudierons les mécanismes moléculaires impliqués dans l’adaptation des micro-algues marines à l’acidification de leur environnement en utilisant Ostreococcus (O. tauri et écotypes) comme modèle cellulaire. Nous étudierons sur le plan du métabolisme du fer des écotypes décrits comme plus tolérants à des taux élevés de CO2, et réciproquement nous examinerons le taux de tolérance au CO2 des écotypes adaptés à des concentrations en fer très faibles, sur lesquels nous travaillons actuellement. De façon plus pointue, nous étudierons la réponse cellulaire à une augmentation de la pCO2 par de approches transcriptomiques (RNA-seq), protéomiques et métallomiques.