Les genomes de deux souches de cyanobacteries marines entierement sequences

Les genomes de deux souches de cyanobacteries marines, Prochlorococcus SS120 (1) et Synechococcus WH8102 (2) , deux microorganismes marins photosynthetiques, ont ete analyses par Frederic Partensky, directeur de recherche au CNRS au Centre d'etudes d'oceanographie et de biologie marine de Roscoff (CNRS-Universite Paris 6) et par d'autres equipes de recherche francaises et etrangeres.

Ces travaux lèvent le voile sur la biologie de ces minuscules microorganismes qui prolifèrent jusque dans les régions les plus pauvres de l'océan. Ils montrent que, malgré un génome quasi minimal, ce qui les distingue des cyanobactéries d'eau douce, ces microorganismes sont parfaitement adaptés à leur environnement marin. Les résultats de ces recherches sont publiés dans deux articles qui paraissent simultanément le 13 août 2003 sur le site internet de Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A (PNAS) et sur celui de Nature.
Les zones centrales des océans, longtemps considérées comme des déserts biologiques, sont en fait peuplées d'organismes minuscules appelés le picoplancton et dont la taille n'excède pas 2 à 3 micromètres. Beaucoup de ces organismes sont photosynthétiques, c'est à dire qu'ils sont capables de capturer le gaz carbonique de l'atmosphère et de fabriquer de l'oxygène en utilisant l'énergie du soleil. Parmi ceux-ci, les organismes de loin les plus abondants (>95 % en nombre de cellules) sont les " cyanobactéries ", bactéries nommées parfois abusivement " algues bleues ". Deux genres principaux de cyanobactéries existent dans le picoplancton marin : Prochlorococcus et Synechococcus.
Avec une taille moyenne de 0,6 micromètre, Prochlorococcus est le plus petit microorganisme photosynthétique connu à ce jour, mais aussi le plus abondant. Il se caractérise par une taille de génome particulièrement réduite (1,75 millions de paires de bases soit environ 1/2000ème du génome humain) et une compaction remarquable de l'information génétique (environ 1 900 gènes, à comparer aux quelques 30 000 gènes du génome humain). Plusieurs éléments permettent de supposer que la petitesse de son génome ne serait pas une caractéristique ancestrale, mais liée à son évolution " récente " orientée vers une réduction de la taille génomique des cellules. Pourquoi et comment ce phénomène se produit-il ? Une taille cellulaire réduite est favorable à la survie dans les zones peu éclairées (faible diffusion de la lumière) et permet aussi d'optimiser la surface d'échange de la cellule avec le milieu environnant, et donc sa capacité d'absorption des sels nutritifs. Mais pour pouvoir réduire sa taille, une cellule doit également réduire celle de son génome. Pour ce faire, Prochlorococcus a dû faire des économies drastiques d'information génétique et, contrairement aux autres cyanobactéries, il possède très peu de gènes en multiples copies. Plus étonnant encore, certains gènes codant pour des fonctions apparemment essentielles telles que l'assimilation des nitrates, des nitrites et de l'urée ont totalement disparu chez lui. Autre économie, permise par la relative stabilité du milieu marin, Prochlorococcus (et dans une moindre mesure son cousin Synechococcus) ne possède qu'un très faible nombre de gènes nécessaires à la perception de changements environnementaux, gènes pourtant très nombreux et diversifiés chez les cyanobactéries d'eau douce.
Beaucoup moins abondant que Prochlorococcus dans les zones centrales des océans, Synechococcus apparaît pourtant comme un organisme plus généraliste et donc a priori plus versatile. Il économise le fer, un élément rare et précieux dans le milieu marin, en le remplaçant par d'autres métaux comme le nickel dans certains enzymes clés de son métabolisme. En revanche, son système de capture de la lumière solaire est beaucoup plus complexe (donc énergétiquement plus dispendieux) que celui de Prochlorococcus. Il possède aussi pour se déplacer un système unique en son genre, totalement différent des flagelles ou autres organelles de propulsion classiquement observés chez les bactéries. Cela le distingue aussi de Prochlorococcus qui est incapable de se déplacer.
Les génomes de cyanobactéries marines sont encore loin d'avoir révélé tous leurs secrets. Des analyses plus poussées de génomique comparative et surtout l'étude de la fonction des nombreux gènes encore inconnus (plus de 30% de l'ensemble) de ces génomes devraient, à terme, nous permettre de percer le mystère de la survie dans les zones les plus pauvres de l'océan de ces microorganismes insolites, à qui nous devons une part importante de l'oxygène que nous respirons.
,Notes :,(1) Le séquençage a été effectué par le Genoscope d'Evry (CNRS-Centre National de Séquençage-Université d'Evry), sous la direction de Marcel Salanoubat, directeur de recherche au CNRS. L'annotation de Prochlorococcus SS120 a été coordonnée par Frédéric Partensky et Alexis Dufresne du Centre d'études d'océanographie et de biologie marine de Roscoff (CNRS-Université Paris 6) avec l'implication d'une équipe française dirigée par Nicole Tandeau de Marsac (Unité des cyanobactéries : CNRS-Institut Pasteur), anglaise (Université de Warwick), allemande (Université Humboldt de Berlin) et américaine (National Center for Biotechnology Information, Bethesda).
(2) Frédéric Partensky et Alexis Dufresne ont par ailleurs participé, en décrivant l'ensemble des gènes photosynthétiques, à l'annotation du génome d'une souche de Synechococcus WH8102. Ce génome a été séquencé par le Joint Genome Institute (Walnut Creek, Californie). Les travaux sur la souche de Synechococcus WH8102 ont été coordonnés par Brian Palenik (Scripps Institution of Oceanography, San Diego, Californie) et a impliqué plusieurs équipes américaines (Woods Hole Oceanographic Institution et The Institute for Genomic Research).
Références :,Dufresne, A., Salanoubat, M., Partensky, F., Artiguenave, I. M., Barbe, V., Duprat, S., Galperin, M. Y., Koonin, E. V., Legall, F., Makarova, K. S., Ostrowski, M., Oztas, S., Robert, C., Rogozin, I. B., Scanlan, D. J., Tandeau de Marsac, N., Weissenbach, J., Wincker, P., Wolf, Y. I. et Hess, W. R. (2003) Genome sequence of the cyanobacterium Prochlorococcus marinus SS120, a nearly minimal oxyphototrophic genome. Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A. Sous presse.
Palenik, B., Brahamsha, B., McCarren, J., Larimer, F., Land, M., Hauser, L., Chain, P., Lamerdin, J., Regala, R., Allen, R. E., McCarren, J., Paulsen, I., Dufresne, A., Partensky, F., Webb, E. & Waterbury, J. The genome of a motile marine Synechococcus.,Nature. Sous presse.
Contact chercheur :,Frédéric Partensky, ,Centre d'études d'océanographie et de biologie marine de Roscoff (CNRS-Université Paris 6),Tél. : [phone],Fax : [phone],E-mail: [e-mail]
Contact presse :,Laëtitia Louis,,Tél. : [phone],E-mail: [e-mail]
Contact département des Sciences de la vie :,Françoise Tristani,,Tél. : [phone],Fax : [phone],E-mail: [e-mail],

Pays

France