La vie n’a pas envahi la globe par du combat, mais par la mise en reseau”- Lynn Margulis

L’acquisition endosymbiotique des chloroplastes a radicalement changé la biologie cellulaire, la physiologie, et l’écologie des plantes et des algues eucaryotes. Ces derniers effectuent près de la moitié de la photosynthèse mondiale, et sont considérablement plus diverses que les plantes sur le plan de leur taxonomie. La photosynthèse a originé plusieurs fois chez les eucaryotes, avec l’acquisition répétée d’algues rouges par endosymbiose secondaire et tertiaire. Au même temps, différents groupes d’algues on diversifié leurs génomes par l’acquisition latérale des gènes, avec des partenaires bactériens et eucaryotes. Ces transferts horizontaux non-endosymbiotiques peuvent contribuer de manière importante à l’adaptation des algues à leurs habitats environnementaux.

Notre équipe s’appuie sur des techniques expérimentales et informatiques pour explorer comment ces interactions horizontales ont conduit la diversification évolutive des algues eucaryotes. Nous nous intéressons particulièrement aux protéines codées dans le noyau et envoyées vers les plastes des algues eucaryotes, et plus généralement à la manière dont les transferts horizontaux de gènes entre algues peuvent définir leurs adaptations dans l’océan mondiale, et dans le contexte des changements environnementaux.

Nos recherchesportent sur trois questions liées:

Reconstruction moléculaire des protéomes chloroplastiques

Dans ce projet, nous utilisons la protéomique expérimentale et computationnelle, ainsi que la phylogénie, pour recenser les protéines envoyées aux plastes des différents groupes d’algues, et leurs origines évolutives. Nous nous intéressons particulièrement à deux lignées d’algues : les dinoflagellés, qui ont remplacé leurs plastes ancestrales par plusieurs endosymbioses en série ; et les chrysophytes, qui ont perdu leur capacité de photosynthèse à plusieurs fois. Avec ces systems, nous essayons d’évaluer comment les protéomes chloroplastiques, que nous considérons commes des « mosaïques » de protéines provenant de l’hôte, du symbiote et d’ailleurs, sont influencé par l’histoire évolutive de l’hôte, et d’identifier des protéines inconnues liées à des fonctions métaboliques importantes, telles que la capacité de faire la photosynthèse.

Phénotypage expérimental et environnemental de nouvelles protéines chloroplastiques

Dans ce projet, nous utilisons la phylogénie, la localisation expérimentale, la mutagenèse d’espèces transformables, et la méta-génomique pour caractériser des protéines présentes dans les chloroplastes d’algues main pas associées avec ceux des plantes. Nous nous sommes historiquement concentrés sur les diatomées, un groupe d’algues abondant dans l’océan contemporain, mais nous souhaitons commencer à utiliser d’autres systèmes, tels que les algues vertes et les protistes, dans ces projets. Nous projets actuels portent sur le fonctionnement de la glycolyse chloroplastique, les transporteurs associés à la production primaire marine, et les nouvelles protéines partagées entre les diatomées, les algues vertes et les protistes. Pour explorer toutes ces questions, nous utilisons le réseau de données méta-génomiques de Tara Oceans pour identifier des phénotypes probables associés à nos protéines, que nous essayons ensuite de valider en laboratoire.

Compréhension de l’évolution horizontale d’algues à l’échelle temporelle et géographique

Dans ce dernier projet, nous utilisons des approches génomiques, phylogénétiques, physiologiques et environnementales pour explorer comment le transfert horizontal de gènes, et les interactions avec autres espèces, ont eu un impact sur l’évolution primordiale et l’écologie actuelle d’algues. Nous nous intéressons particulièrement à la biodiversité de l’océan Arctique, dont nous avons montré possède des « gènes spécifique à l’Arctique « probablement partagé par le transfert horizontal dans cet océan ; et au pan-génome des haptophytes, un groupe d’algues ayant une importance mondiale et une résilience possible face au réchauffement des océans. Pour ces projets, nus maintenons une modeste collection de cultures pour ces deux groupes d’algues, et nous souhaitons intégrer de plus en plus l’échantillonnage environnementale dans nos recherches futurs.

COLLABORATIONS:

University of Nottingham – Ellen Nisbet

CEA Grenoble – Eric Maréchal, Giovanni Finazzi

IBENS– Chris Bowler

University of Alberta– Joel Dacks

CSUSM – Betsy Read

University of Ottawa- Marina Cvetkovska

Joint Genomes Institute (JGI)