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Les diatomées : au carrefour entre le végétal et l’animal

 

Suite à une étroite collaboration avec une équipe de recherche internationale, des scientifiques de l'Institut de biologie de l'Ecole normale supérieure (IBENS, CNRS/ENS/Inserm) apportent du nouveau dans l’histoire évolutive des diatomées marines. Dans un article publié le 12 mai 2011 dans Nature, ils montrent que celles-ci utilisent le cycle de l'urée afin de métaboliser efficacement le carbone et l’azote présents dans leur environnement. Cette observation inattendue bouleverse notre façon de positionner les diatomées par rapport aux végétaux et aux animaux dans le grand schéma de l’évolution.

 

Les diatomées sont des microalgues unicellulaires entourées d’une carapace unique à base de silicium. Présentes dans tous les milieux aquatiques, elles constituent un élément majeur du phytoplancton et participent activement à la production de carbone et d’oxygène, composants chimiques indispensables à la vie. La photosynthèse des diatomées génère notamment un cinquième de l'oxygène que nous respirons. Les diatomées sont donc des organismes clés dans la compréhension des écosystèmes marins.

En 2008, un consortium de chercheurs international est parvenu à séquencer le génome de la diatomée fusiforme Phaeodactylum tricornutum (1). Les scientifiques ont constaté que des centaines de gènes de diatomées avaient une origine bactérienne. Mais l’apport de chacun de ces gènes dans le métabolisme des nutriments chez ces micro-organismes demeurait largement inconnu.

Avec la contribution de chercheurs provenant du John Craig Venter institute (JCVI) aux Etats-Unis, de l’Institut Max-Planck de physiologie moléculaire des plantes en Allemagne, du Centre de biologie de l’Académie des sciences de République Tchèque, de l’Institut de parasitologie et de l’Université de Bohême du sud en République Tchèque, l’équipe de Chris Bowler à l’IBENS a récemment mis en évidence, toujours chez P. tricornutum, que les diatomées utilisent le cycle de l’urée pour transformer les nutriments environnants dont il a besoin pour proliférer (2). En effet, les métabolites issus de ce processus ont été identifiés comme tout à fait essentiels au recyclage cellulaire du carbone et de l’azote et à la croissance des diatomées suite à une longue phase de carence nutritionnelle. Ceci explique d’ailleurs pourquoi les océans sont particulièrement riches en diatomées après les phénomènes d’upwelling, qui correspondent à la remontée des eaux profondes, riches en éléments nutritifs, à la surface.

Cette découverte est particulièrement étonnante car il était jusqu’à présent admis que le cycle de l’urée a émergé avec les métazoaires, groupe au sein duquel il a joué un rôle primordial dans l’apparition d’innovations physiologiques caractéristiques des vertébrés. La synthèse de l’urée a par exemple permis une osmorégulation (contrôle des minéraux et des sels dans le sang) rapide chez les animaux comme les requins, les raies et les poissons osseux, et la détoxication de l'ammoniac associée à une rétention d'eau chez les amphibiens et les mammifères. Ainsi, les chercheurs bouleversent nos acquis en démontrant que le cycle de l’urée serait en fait apparu des centaines de millions d'années avant les métazoaires.

Ces travaux suggèrent que l’évolution des diatomées a suivi une voie fondamentalement différente de celle des plantes, des algues vertes et des autres organismes étroitement apparentés. Il semble au contraire qu’avant l'acquisition d’une capacité photosynthétique, les ancêtres des diatomées étaient bien plus proches des animaux que des végétaux. Cette parenté sur le plan évolutif aurait entraîné, chez les diatomées et les animaux, le partage de certaines voies biochimiques similaires, telles que le cycle de l'urée, malgré une utilisation à des fins parfois différentes.

 

 

 

Figure : Chaîne de diatomées marquée à l’aide d’une sonde fluorescente spécifique au silicium, qui fait ressortir le squelette externe (en vert) des microalgues. © IBENS, A. Tanaka.

 

 

Notes

  • (1) The Phaeodactylum genome reveals the evolutionary history of diatom genomes, Chris Bowler et al., Nature 456(7219):239-244, November 13, 2008, doi:10.1038/nature07410.
  • (2) Ces travaux ont été financés par le projet de la Commission européenne « Diatomics », l'Agence nationale de la recherche (ANR), la National science foundation (NSF) et la Czech science foundation (CSF).

 

En savoir plus

  • Evolution and metabolic significance of the urea cycle in photosynthetic diatoms, Andrew Allen, Christopher Dupont, Miroslav Obornik, Ales Horak, Adriano Nunes-Nesi, John McCrow, Hong Zheng, Daniel Johnson, Hanhua Hu, Alisdair Fernie, Chris Bowler, Nature 473(7346):203-207, Published ahead of print May 12, 2011, doi:10.1038/nature10074.

 

Contact chercheur

  • Chris bowler
    Institut de biologie de l’Ecole nationale supérieure (IBENS)
    UMR 8197 CNRS/ENS/Inserm
    Ecole normale supérieure (ENS)
    46, rue d'Ulm
    75230 Paris Cedex 5

 

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