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Le décodage de l’horloge biologique d’une microalgue marine ouvre la voie à des applications en biotechnologie


Les chercheurs du Laboratoire d’Océanographie Microbiologique (UMR7621 CNRS, Banyuls-sur-Mer) ont développé un nouveau modèle biologique ; la microalgue Ostreococcus. L’étude de l’horloge interne de ce microorganisme constitue une étape clé dans la compréhension de la physiologie générale du phytoplancton et dans le développement de nombreuses applications en biotechnologie. Ces travaux ont été publiés le 30 novembre 2009 dans la revue The Plant Cell.

 

Le phytoplancton marin, composé de microalgues photosynthétiques, est responsable de la moitié de l’absorption du CO2, principal gaz à effet de serre contenu dans l’atmosphère. Connaître la physiologie des microalgues du phytoplancton constitue un défi pour à comprendre la capacité qu’ont ces microorganismes à absorber le CO2 et donc leur contribution à la productivité des océans. Il permet aussi leur exploitation optimale en biotechnologie.

Les microalgues sont largement utilisées en aquaculture, dans le domaine de la nutrition, du fait de leur contenance, riche en lipides de type oméga 3. Elles sont également employées en dermatologie comme sources de pigments photoprotecteurs. Leur taux de croissance, bien supérieur à celui des plantes terrestres, rend ces microorganismes particulièrement intéressants en tant qu’« usines cellulaires » pour la production de molécules d’intérêt, naturelles ou recombinantes, comme par exemple des protéines thérapeutiques obtenues par ingénierie génétique. Par ailleurs, leur forte teneur en lipides ouvre la perspective d’une utilisation comme biocarburants de troisième génération, qui attirent actuellement d’importants investissements dans une optique de remplacement des carburants fossiles.

Les récents progrès technologiques d’acquisition et de traitement de données offrent aujourd’hui la possibilité d’élucider le fonctionnement des systèmes vivants, dans leur globalité. C’est ce que l’on appelle la biologie systémique.

L’équipe «Biologie systémique des réponses environnementale du phytoplancton » du Laboratoire Arago de Banyuls-sur-Mer, dirigée par François-Yves Bouget, a récemment développé un nouveau modèle biologique : la microalgue Ostreoccocus. Cette dernière possède deux atouts majeurs pour la biologie systémique : elle est d’une grande simplicité structurale et possède un très petit nombre de gènes.

Les chercheurs ont étudié comment l’horloge interne, ou horloge circadienne, engendre la rythmicité des activités biologiques liées aux alternances de jours et de nuits. Afin de suivre le fonctionnement des molécules de l’horloge, ils ont mis au point et breveté les outils moléculaires nécessaires à l’analyse fonctionnelle des gènes chez Ostreococcus, comme par exemple l’expression de protéines recombinantes par transformation génétique. Ils ont ainsi découvert que l’horloge de cette microalgue a une architecture très simple. Ces études vont permettre de mieux comprendre comment cette microalgue optimise l’utilisation de la lumière, source d’énergie utilisée pour la croissance et l’absorption du C02.

A l’heure où les perspectives d’utilisation des microalgues en biotechnologie sont très nombreuses, l’amélioration génétique de ces microorganismes n’en est qu’à ses balbutiements. Dans ce contexte, les outils moléculaires mis en place par les chercheurs de Banyuls-sur-Mer rendent la microalgue Ostreococcus particulièrement attractive comme modèle d’étude de la physiologie du phytoplancton ainsi que pour le développement d’applications en biotechnologie.

 


Figure : Photo d’une cellule d’Ostreococcus de 1μm, obtenue en microscopie électronique à transmission. Les cellules expriment un gène (TOC1) de l’horloge circadienne, fusionné à la luciférase de vers luisant (courbe verte). L’expression rythmique de ce gène perdure en conditions de jour continu (en jaune) après un entraînement en cycle jour/nuit (en jaune/noir) : ceci indique qu’elle n’est plus contrôlée par l’alternance jour/nuit mais seulement par l’horloge biologique interne de la cellule.

 


 

En savoir plus

  • Clock in the green lineage : comparative functional analysis of the circadian architecture of the picoeukaryote Ostreococcus
    Corellou F, Schwartz C, Motta J-P, Djouani-Tahri E, Sanchez F, Bouget F-Y
    The Plant Cell, November 2009, Volume 21 : 3436-3449
    Published on line November 30, 2009, 10.1105/tpc.109.068825

 

Contact chercheur

  • François-Yves Bouget
    Laboratoire d’Océanographie Microbiologique (LOMIC)
    UMR7621 CNRS/Université Pierre et Marie Curie
    Observatoire Océanologique
    Laboratoire Arago, BP 44
    66651 Banyuls-sur-Mer

 

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