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Paris, 1er octobre 2004

Séquençage complet d'une algue unicellulaire qui intéresse les nanotechnologies et la lutte contre l'effet de serre.

La séquence complète et l'annotation du génome de la diatomée marine Thalassiosira pseudonana, une algue unicellulaire, viennent d'être achevés par un réseau international de 26 laboratoires associant des biologistes moléculaires, des océanographes et des écologistes [1]. Une équipe du CNRS dirigée par Chris Bowler [2] a largement contribué à ces travaux publiés dans la revue Science du 1er octobre 2004. L'étude des diatomées, qui produisent 1/5e de l'oxygène de la planète et sont dotées d'un squelette externe de silice, devrait permettre des avancées majeures dans le domaine de la protection de l'environnement et des nanotechnologies.

Les diatomées sont des algues unicellulaires qui jouent un rôle écologique extrêmement important puisqu'elles assurent environ 20% de l'activité photosynthétique de la planète (capture du gaz carbonique et production d'oxygène). Elles sont responsables de la production d'environ 1/5e de l'oxygène que nous respirons. En fixant le dioxyde de carbone, les diatomées l'éliminent de l'atmosphère pour l'enfouir au plus profond de l'océan. Ces micro-organismes apparaissent donc comme un outil de lutte contre l'accumulation de dioxyde de carbone et  les changements de climat qu'il induit.

 

Au sein du groupe de diatomées marines très étudiées durant la dernière décennie, T. pseudonana, dotée d'un très petit génome, apparaît comme un modèle de choix pour le séquençage de ce type de micro-organisme. Jusqu'à ce jour, seulement quelques dizaines de gènes de cette algue avaient été séquencés.

 

Les résultats publiés dans Science montrent que le génome de T. pseudonana contient 34 millions de paires de bases (soit 1/100 du génome humain) qui codent pour environ 11 000 gènes répartis en 24 chromosomes nucléaires. Par comparaison de cette séquence avec celle d'autres organismes, les chercheurs ont pu identifier la fonction d'environ 50 % des gènes et reconstituer le schéma du métabolisme de cette diatomée adaptée à la vie en milieu marin. Résultat surprenant, T. pseudonana présente un cycle de l'urée et un métabolisme des acides gras dans les mitochondries, deux caractéristiques rencontrées jusqu'ici seulement chez les animaux, jamais chez les plantes. « Les diatomées sont une illustration de l'incroyable diversité de la vie sur notre planète. En combinant des caractéristiques présumées spécifiques des animaux et des plantes, elles constituent une forme de vie remarquablement adaptée à son environnement », commente Chris Bowler. 

 

L'un des aspects particulièrement fascinant de ces micro-organismes est leur capacité à synthétiser un squelette extérieur (exosquelette) composé de silice à partir de l'acide silicique trouvé dans leur environnement. Cet exosquelette, composé de deux "boites" chevauchantes comparables à une boite de camembert (voir figure), attire aussi l'attention des scientifiques de l'infiniment petit, les nanotechnologistes, qui voudraient bien être capables de reproduire de telles structures de silice à l'échelle du nanomètre.

 

Le séquençage du génome de T. pseudonana a permis d'ores et déjà d'identifier certains gènes codant pour le métabolisme du silicium. Le décodage complet de ce métabolisme  devrait permettre de transférer aux nanotechnologistes des informations précieuses pour l'élaboration de nano-appareils.

 

D'autre part, les chercheurs se sont particulièrement intéressés à l'identification des différents éléments (récepteurs, transporteurs, enzymes) impliqués dans le métabolisme du carbone. L'analyse réalisée par ordinateur propose des pistes expérimentales à tester pour comprendre la capacité des diatomées à fixer le CO2 et utiliser cette connaissance pour réduire la concentration en CO2 de notre atmosphère.

 

L'annotation du génome de T. pseudonana offre donc aux nanotechnologistes ainsi qu'aux écologistes de nouvelles pistes à explorer pour leurs études. La génération de nouvelles molécules par les nanotechnologies et la compréhension de la contribution des diatomées dans le contrôle global du climat ne sont que deux aspects des profits majeurs attendus de cette collaboration internationale.

 

 

Pour plus d'informations :

Le laboratoire de Chris Bowler :

http://www.biologie.ens.fr/ope/equipes.html.en

Site web du Joint Genome Institute (JGI) :

http://genome.jgi-psf.org/diatom/


Image de microscopie électronique d'une diatomée.

© Keigo Osada et Chris Bowler

Notes :

[1] Les travaux de séquençage et les annotations du génome ont été coordonnés par Daniel Rokhsar, directeur associé à Joint Genome Institute (JGI) à Walnut Creek, California, et Ginger Armbrust à l'université de Washington à Seattle.
[2] Unité CNRS Organismes photosynthétiques et environnement - Département de Biologie, Ecole normale supérieure de Paris.

Références :

The genome of the diatom Thalassiosira Pseudonana : Ecology, Evolution, and Metabolism. Armbrust EV., Berges JA., Bowler C. et al. Science, 1er octobre 2004.

Contacts :

Chercheur :
Chris Bowler, 01 44 32 35 25 / 06 10 53 71 73,
cbowler@biologie.ens.fr

Département des Sciences de la vie :
Jean-Pierre Ternaux, 01 44 96 43 90,
jean-pierre.ternaux@cnrs-dir.fr

Presse :
Isabelle Tratner, 01 44 96 49 88,
isabelle.tratner@cnrs-dir.fr


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