Une plongée profonde dans la génétique des macroalgues a permis de découvrir les bases génétiques qui ont permis aux macroalgues, ou “algues marines”, d’évoluer vers la multicellularité. Trois lignées de macroalgues ont développé indépendamment la multicellularité et ce, à des périodes très différentes, en acquérant des gènes qui permettent l’adhésion cellulaire, la formation de la matrice extracellulaire et la différenciation cellulaire. Étonnamment, bon nombre de ces gènes favorisant la multicellularité avaient une origine virale. L’étude, qui a augmenté le nombre total de génomes de macroalgues séquencés de 14 à 124, est la première à examiner l’évolution des macroalgues à travers le prisme de la génomique.
” Il s’agit d’une importante ressource génomique qui ouvrira la voie à de nombreuses autres études “, déclare la co-première auteure et biologiste des algues Alexandra Mystikou de l’Université de New York à Abu Dhabi et de l’Institut d’Innovation Technologique des Émirats Arabes Unis. ” Les macroalgues jouent un rôle important dans la régulation du climat mondial et dans les écosystèmes, et elles ont de nombreuses applications commerciales et d’écogénie, mais jusqu’à présent, il n’y avait pas beaucoup d’informations sur leurs génomes.”
Les macroalgues vivent aussi bien en eau douce qu’en eau de mer et sont des organismes multicellulaires complexes avec des organes et des tissus distincts, contrairement aux microalgues, qui sont microscopiques et unicellulaires. Il existe trois grands groupes de macroalgues – rouges (Rhodophyta), vertes (Chlorophyta) et brunes (Ochrophyta) – qui ont évolué indépendamment vers la multicellularité à des époques et dans des conditions environnementales très différentes. Les Rhodophytes et les Chlorophytes ont tous deux évolué vers la multicellularité il y a plus d’un milliard d’années, tandis que les Ochrophytes ne sont devenus multicellulaires que ces 200 000 dernières années.
Pour étudier l’évolution de la multicellularité des macroalgues, les chercheurs ont séquencé 110 nouveaux génomes de macroalgues provenant de 105 espèces différentes originaires d’habitats d’eau douce et d’eau salée dans des géographies et des climats divers.
Les chercheurs ont identifié plusieurs voies métaboliques qui distinguent les macroalgues des microalgues, certaines pouvant être responsables du succès des espèces de macroalgues invasives. Beaucoup de ces gènes métaboliques semblent avoir été donnés par des virus infectant les algues, et les gènes d’origine virale étaient particulièrement répandus chez les algues brunes les plus récemment évoluées.
Ils ont découvert que les macroalgues ont acquis de nombreux nouveaux gènes qui ne sont pas présents chez les microalgues sur le chemin de la multicellularité. Pour les trois lignées, les acquisitions clés comprenaient des gènes impliqués dans l’adhésion cellulaire (qui permettent aux cellules de rester ensemble), la différenciation cellulaire (qui permet à différentes cellules de développer des fonctions spécialisées), la communication cellulaire et le transport intercellulaire.
” De nombreux gènes associés à la fonction multicellulaire des algues brunes avaient des motifs caractéristiques qui n’étaient présents que dans les virus qui les infectent “, déclare le co-premier auteur et bioinformaticien David Nelson de l’Université de New York à Abu Dhabi. ” C’est un peu une théorie sauvage qui n’a été que suggérée dans le passé, mais d’après nos données, il semble que ces gènes transférés horizontalement aient été des facteurs critiques pour l’évolution de la multicellularité chez les algues brunes.”
L’équipe a également identifié d’autres caractéristiques distinctes entre les lignées de macroalgues. Ils ont observé une plus grande diversité entre les différentes espèces de Rhodophyte, qui ont évolué vers la multicellularité en premier et ont donc eu plus de temps pour diverger. Ils ont également constaté que les Chlorophytes partagent de nombreuses caractéristiques génomiques avec les plantes terrestres, suggérant que ces gènes étaient peut-être déjà présents dans le dernier ancêtre commun des Chlorophytes et des plantes.
” Nous n’avons en aucun cas exploré de manière exhaustive tout ce qui se trouve dans ces génomes “, déclare l’auteur principal et biologiste des systèmes Kourosh Salehi-Ashtiani de l’Université de New York à Abu Dhabi. ” Il y a beaucoup d’informations que nous n’avons pas abordées dans cet article et qui peuvent être exploitées par quiconque est intéressé.”
Les chercheurs explorent déjà les données pour étudier les adaptations environnementales et les habitats des macroalgues. À l’avenir, ils espèrent séquencer et analyser encore plus de génomes de macroalgues.
” Nous voulons explorer certaines de ces caractéristiques plus en détail, en examinant d’autres génomes si nous pouvons les obtenir “, déclare Salehi-Ashtiani.
