Caractérisation phylogénétique, écologique et physiologique de le pan-génome des algues Arctiques – PanArctica

L'océan Arctique se distingue de tous les autres océans en raison de son encerclement par les terres, de son environnement extrême et de son écosystème distinct, caractérisé par une forte succession saisonnière. Le changement climatique anthropique transforme rapidement l'océan Arctique en un habitat plus chaud et plus frais, et il est urgent de comprendre les communautés biologiques qui soutiennent l'Arctique pour prévoir sa robustesse future.

Le chercheur principal, Richard Dorrell, est un spécialiste de la diversité évolutive des microalgues eucaryotes qui, grâce à la photosynthèse, soutiennent toute la chaîne alimentaire de l'Arctique. Auparavant, M. Dorrell a démontré, à l'aide de la génomique comparative, que des algues arctiques très éloignées les unes des autres ont convergé vers des fonctions similaires, en partie grâce à l'échange direct de gènes entre les espèces arctiques. Ces données fournissent quelques-uns des premiers aperçus systématiques du génome des algues pan-arctiques ; elles repositionnent notre compréhension du transfert horizontal de gènes d'un processus ancien à un effecteur d'adaptation environnementale rapide.

Ici, le Dr Dorrell exploitera de nouvelles ressources génomiques, notamment les données de séquences environnementales de l'expédition Tara Oceans et la physiologie fonctionnelle de l'espèce modèle de diatomée Phaeodactylum, afin d'explorer systématiquement les gènes qui permettent à différentes algues de prospérer dans l'océan Arctique. Tout d'abord, le Dr Dorrell générera des données transcriptomiques de masse, à partir d'algues provenant d'une variété d'habitats arctiques, y compris la glace de mer, l'eau libre et différentes mers arctiques. M. Dorrell effectuera une phylogénomique à haut débit sur ces données et sur d'autres données de séquences d'algues de l'Arctique pour comprendre quels gènes sous-tendent la spécialisation des algues dans différentes niches écophysiologiques de l'Arctique, en se concentrant sur les gènes spécifiques à l'Arctique et sur les transferts horizontaux de gènes au sein de l'Arctique.

Ensuite, le Dr Dorrell utilisera des mesures intégrées du transcriptome, des lipides et des métabolites pour comprendre comment Phaeodactylum 1.86, qui est généralement associé aux habitats tempérés, s'acclimate aux basses températures constitutives, à l'éclairage continu et aux faibles salinités que l'on trouve dans l'Arctique. Enfin, le Dr Dorrell explorera les fonctions des gènes spécifiques à l'Arctique et des gènes adaptatifs à l'Arctique identifiés à l'aide de chaque approche par mutagenèse classique, en utilisant des ensembles de données de séquences environnementales pour prédire et interpréter les phénotypes mutants. Dans un projet préliminaire, le Dr Dorrell a montré, par exemple, qu'une voie glycolytique complète du chloroplaste définit l'adaptation des diatomées aux hautes latitudes et que les lignées mutantes de Phaeodactylum pour les effecteurs clés du chloroplaste présentent une croissance compromise à basse température et sous un éclairage continu.

Les données obtenues dans le cadre de ce projet permettront de mieux comprendre la biologie fonctionnelle d'un habitat océanique important et en rapide évolution. À long terme, elles pourraient permettre une compréhension plus fine des espèces qui proliféreront dans le futur océan Arctique. En outre, les protéines identifiées qui confèrent la tolérance à la température, à la salinité et à la photo-tolérance chez les espèces indigènes de l'Arctique peuvent être explorées comme candidates pour améliorer la productivité et la robustesse des biocarburants et d'autres espèces cultivables.