Elucidation des gènes spécifiques de la photosynthèse chez les diatomées – BrownCut
BrownCut
BrownCut<br />Elucidation des gènes spécifiques de la photosynthèse chez les diatomées
BrownCut Elucidation des gènes spécifiques de la photosynthèse chez les diatomées
Diatoms are a major group of unicellular photosynthetic eukaryotes in aquatic environments. Evolutionarily, these algae are only distantly related to green algae and plants. Whilst these latter organisms are derived from the primary endosymbiosis of a cyanobacterium into a phagotrophic eukaryote, diatoms and related organisms within the stramenopile group of eukaryotes are derived from a secondary endosymbiosis, involving the fusion of at least a red alga and green algae with another eukaryote. Diatoms therefore display distinctive cellular and metabolic features compared to organisms of the green lineage. In the last decades, genomic investigation of different diatom species has started to unveil the chimeric nature of diatom genomes. Pioneering functional characterizations of diatom specific genes have also contributed to identify important diatom metabolic innovations, broadening our appreciation of the diversity of secondary plastid-bearing organisms and of the complex strategies controlling their growth and productivity in aquatic environments. Recent progress in environmental genomics, oceanography and ecology now allow to test for the presence and expression of genes of interest in situ, thereby extending laboratory-based knowledge to natural ecosystems. However, despite this important progress and the well-recognized ecological role of diatoms for sustaining life on Earth, the mechanisms controlling diatom biology are still largely unknown. Current understanding about the regulation of diatom photosynthesis is still limited and fundamental questions about plastid evolution and activity remain. In order to fill this important knowledge gap, we propose here to define the BrownCut, the nuclear-encoded chloroplast-targeted proteins that are specific to diatoms, and not found in red or green algae. This project is inspired by the GreenCut, a bioinformatically-derived inventory of proteins found in the green lineage but absent in non-photosynthetic organisms, generated using the genome of Chlamydomonas. Research on the GreenCut has been transformative for dissecting photosynthesis and its regulation. The proposed approaches are based on exploitation of a range of mature resources and that will be brought together specifically for the current work: the GreenCut gene set, an ancient stramenopile chloroplast proteome, extensive diatom transcriptomics data from the global ocean, and a transformable diatom species, Cyclotella cryptica, that is unique in being able to assess the functions of genes encoding essential components of photosynthesis in diatoms. BrownCut will provide major insights into the processes underpinning photosynthesis in diatoms, indeed essential for understanding the effect of climate change on marine phytoplankton and the ecosystems they sustain.
Task 1 Defining the BrownCut
Task 2 Expression analysis
Task 3 Functional studies
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Les diatomées constituent un groupe majeur d’eucaryotes photosynthétiques unicellulaires en milieu aquatique. D’un point de vue évolutif, ces algues ne sont associées que de manière lointaine aux algues vertes et aux plantes. Alors que ces dernieres dérivent d’une endosymbiose primaire entre une cyanobactérie et un eucaryote phagotrophe, les diatomées et les organismes apparentés du groupe des straménopiles dérivent d'une endosymbiose secondaire, impliquant la fusion d'au moins une algue rouge et d’une algue verte avec un autre eucaryote. Les diatomées présentent donc des caractéristiques cellulaires et métaboliques distinctes par rapport aux organismes de la lignée verte. Au cours des dernières décennies, des recherches génomiques sur différentes espèces de diatomées ont révélé la nature chimérique des génomes de diatomées. Les caractérisations fonctionnelles novatrices de gènes spécifiques aux diatomées ont également contribué à l'identification d'importantes innovations métaboliques chez ces dernières, élargissant ainsi notre compréhension de la diversité des organismes porteurs de plastides secondaires et des stratégies complexes contrôlant leur croissance et leur productivité dans les environnements aquatiques. Les progrès récents en génomique environnementale, en océanographie et en écologie permettent maintenant de tester la présence et l'expression de gènes présentant un intérêt in situ, étendant ainsi les connaissances de laboratoire aux écosystèmes naturels.
Cependant, malgré ces progrès importants et le rôle écologique reconnu des diatomées dans le maintien de l’équilibre de la vie sur Terre, les mécanismes contrôlant la biologie des diatomées sont encore largement inconnus. Les connaissances actuelles sur la régulation de la photosynthèse des diatomées sont limitées et des questions fondamentales concernant l'évolution et l'activité plastidiales demeurent sans réponses.
Afin de combler cette importante lacune, nous proposons de définir dans ce projet le BrownCut : les protéines chloroplastiques codées par le génome nucléaire, spécifiques aux diatomées et non présentes dans les algues rouges ou vertes. Ce projet s'inspire du GreenCut, un inventaire bioinformatique, généré à l'aide du génome de Chlamydomonas, des protéines présentes dans la lignée verte, mais absentes des organismes non photosynthétiques. Cette recherche sur le GreenCut a été prépondérante pour disséquer la photosynthèse et sa régulation.
Les approches proposées reposent sur l’exploitation d’une grande gamme de ressources qui seront rassemblées spécifiquement pour les travaux en cours: le groupe de gènes GreenCut; un ancien protéome de chloroplaste de straménopile, des données mondiales transcriptomiques sur les diatomées océaniques et une espèce de diatomée transformable, Cyclotella cryptica, dont les caractéristiques uniques permettront d’évaluer les fonctions des gènes codant pour les composants essentiels de la photosynthèse chez les diatomées.
Pour atteindre ces objectifs, BrownCut a réuni un consortium d'envergure internationale doté d'un leadership incontesté dans les domaines de la génomique et de l'évolution des diatomées, de la génomique fonctionnelle, de l'écologie et de la biologie des systèmes (P1, équipe de C. Bowler) et des microalgues (diatomées et Chlamydomonas), de la génétique, de la génomique, de la photosynthèse, de la biologie et de l’évolution des chloroplastes (P2, équipe de A. Falciatore). Nous sommes convaincus que l'étude intégrative proposée contribuera à combler le fossé actuel des connaissances entre les fonctions physiologiques des algues à plastes secondaires et les mécanismes évolutifs qui ont conduit à leur succès et à leur diversification. BrownCut fournira des informations importantes sur les processus qui sous-tendent la photosynthèse chez les diatomées, ce qui est essentiel pour comprendre l'effet du changement climatique sur le phytoplancton marin et les écosystèmes qu'ils entretiennent.
Coordination du projet
Chris BOWLER (IBENS)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenaire
IBPC-UMR7141 Biologie du chloroplaste et perception de la lumière chez les micro-algues
IBENS IBENS
Aide de l'ANR 464 730 euros
Début et durée du projet scientifique :
décembre 2019
- 36 Mois
