Photopériodisme chez des microalgues ubiquistes modèles du phytoplancton marin : mécanismes moléculaires et sensibilité à l'augmentation de la température de l'océan – CLIMA-CLOCK

A la base des chaines alimentaires marines, le phytoplancton joue un rôle majeur dans la fixation et la séquestration du carbone dans les océans. Le phytoplancton marin comprend une large diversité de microalgues, réparties de l’équateur au pôle. Dans les régions polaires et tempérées, la prolifération du phytoplancton est saisonnière. L’adaptation à la longueur du jour au cours des saisons et au travers des latitudes (photopériodisme) est bien connue chez les animaux et les plantes terrestres. L’horloge circadienne est au cœur du photopériodisme. Cette horloge autonome, essentielle pour coordonner la physiologie à la photopériode, est synchronisée à la lumière perçue par des photorécepteurs ainsi qu’à la température. Le découplage de ces deux facteurs environnementaux dans le milieu naturel peut avoir un effet important sur la fitness ou le succès reproductif d’espèces adaptées à des saisons ou des latitudes données. Bien que les rythmes circadiens soient connus depuis longtemps, les bases génétiques du photopériodisme restent largement méconnues chez le phytoplancton.
L’objectif du projet CLIMA-CLOCK est d’identifier les mécanismes moléculaires régulant l’adaptation à la latitude et aux saisons chez le phytoplancton marin et d’estimer l’impact de l’augmentation de la température des océans sur ce photopériodisme. L’approche du gène à l’écosystème de CLIMA-CLOCK est innovante. Elle combine des analyses métagénomiques spatiales à grande échelle comme TARA Océan et temporelles (série de 10 ans en baie de Banyuls, France) pour identifier les variations génétiques naturelles dans les gènes de l'horloge et des photorécepteurs candidats ainsi que des approches de génomique fonctionnelle chez des organismes modèles pour tester l’importance de ces variations génétiques dans le photopériodisme. Le projet se concentrera sur deux ordres d’importance écologique majeure, les diatomées et les mamiellophyceae, pour lesquels des outils génétiques ont permis d’identifier des acteurs de l’horloge et les photorécepteurs par les partenaires du projet. La comparaison entre les diatomées et les mamiellophyceae permettra d’identifier les mécanismes communs et spécifiques du photopériodisme.
Notre étude fonctionnelle des variations génétiques naturelles dans l’adaptation du phytoplancton à la photopériode va au-delà des études les plus récentes qui se sont focalisées principalement sur la présence ou l’absence de gènes dans l’adaptation à des niches environnementales spécifiques. En intégrant des approches globales de génomique marine et des études fonctionnelles des régulateurs du photopériodisme, CLIMA-CLOCK permettra de construire un nouveau paradigme sur la connexion entre les dimensions spatiales et temporelles du photopériodisme. De plus les variations génétiques identifiées pourraient servir de marqueurs génomiques dans les études de l’impact du changement climatique sur la répartition spatio-temporelle du phytoplancton. Cette première étape est importante pour prédire les conséquences globales de l’augmentation de la température des océans sur la productivité du phytoplancton qui est un élément essentiel des écosystèmes microbiens océaniques, responsable de la moitié de la production d’oxygène de la terre.
Les résultats de CLIMA-CLOCK seront valorisés au travers de publications dans des journaux scientifiques internationaux à comité de lecture et de communications à des congrès nationaux et internationaux. Nous communiquerons aussi vers le grand public dans les journaux et média traditionnels. Une exposition sera également organisée au Biodiversarium de Banyuls sur Mer, un aquarium dédié à la médiation scientifique qui accueille 80 000 visiteurs par an.