Analyse moléculaire de la régulation rythmique dépendant de la lumière dans une diatomée marine – DiaRhythm

Les diatomées constituent le groupe d'algues le plus diversifié, et sont responsables d'une grande partie de la production primaire dans les milieux aquatiques. De plus, ces organismes unicellulaires présentent une nature chimérique due à une histoire évolutive particulière : l’absorption d'une algue eucaryote par une autre cellule eucaryote, générant un fond génétique très différent des algues vertes et des plantes. Comme la plupart des organismes, les diatomées subissent quotidiennement des alternances de périodes de lumière et d’obscurité et présentent une rythmicité de leurs processus biologiques de base pour ajuster leur cycle de vie à ces alternances. Bien que des études récentes aient révélé que ces rythmes persistent dans des conditions de lumière continue, indiquant l'existence d'un oscillateur circadien endogène chez les diatomées, les mécanismes régulant la rythmicité cellulaire chez ces algues sont encore inconnus. Il est intéressant de noter qu'aucun homologue aux gènes des composants de l'horloge circadienne connus chez les bactéries, les plantes ou les animaux n'a été trouvé dans les génomes des diatomées, ce qui indique une diversification de la machinerie de l'horloge circadienne dans ces algues. Ainsi, le but de ce projet est d'élucider les mécanismes rythmiques dépendant de la lumière chez les diatomées et d'évaluer leur pertinence physiologique en intégrant les intérêts et l'expertise complémentaires de deux groupes de recherche indépendants en Allemagne et en France. Ce projet s'appuie sur les découvertes récentes des deux équipes : i) les diatomées intègrent les signaux lumineux provenant de l'environnement ainsi que d'une horloge circadienne endogène pour réguler leurs activités cellulaires; ii) le facteur de transcription bHLH-PAS, RITMO1, a été identifié comme le premier régulateur des rythmes circadiens des diatomées ; iii) divers photorécepteurs de diatomées ayant une activité de régulation de la transcription, tels que les Auréochromes et les Cryptochrome CPF1, apparaissent comme des acteurs clés de la voie d’entrée du signal lumineux dans l'horloge; iv) les deux laboratoires ont généré indépendamment de nombreux mutants de RITMO1 et de photorécepteurs, et ont établi un système pour l'étude des rythmes circadiens des diatomées. Ensemble, ces ressources offrent une occasion sans précédent de caractériser le système d'horloge circadienne des diatomées et son entraînement par la lumière. Par conséquent, en caractérisant les rythmes circadiens chez la souche sauvage et chez une collection de mutants, le projet fournira de nouvelles informations sur l'horloge circadienne de diatomées et permettra d'identifier les photorécepteurs impliqués dans les voies d'entrée. Ce projet approfondira l'étude des partenaires de RITMO1 grâce à des analyses transcriptomiques dans la souche sauvage et le mutant RITMO1 et par des expériences d'interaction protéine-ADN à l'échelle du génome. Les séquences nucléotidiques cibles d'autres régulateurs candidats (photorécepteurs/facteurs de transcription) seront déterminées par test simple hybride dans la levure, et les interactions protéine/protéine par test double hybride et immunoprécipitation. L’ensemble de ces résultats permettra d’identifier les premières boucles de régulation générant la rythmicité cellulaire chez les diatomées marines. L'analyse moléculaire proposée de la régulation rythmique dépendante de la lumière dans ces algues fournira de nouvelles perspectives sur l'évolution des rythmes biologiques et leur importance pour la vie dans le milieu marin.