Les chercheurs ont pu reconstruire la forme tridimensionnelle d’un seul chloroplaste à partir de plusieurs centaines d’images. Crédit : Université d’Oldenbourg / Groupe de Microbiologie Générale et Moléculaire
Une machinerie photosynthétique distinctive caractérise un organisme unicellulaire présent dans les proliférations d’algues.
Quels sont les mécanismes cellulaires au sein d’une algue marine unicellulaire espèces responsable du déclenchement des proliférations d’algues toxiques ? Un groupe de recherche sous la direction du microbiologiste Prof. Dr. Ralf Rabus de l’Université d’Oldenbourg, en Allemagne, a mené les premières analyses détaillées de la biologie cellulaire inhabituelle de Prorocentrum cordatumune espèce du groupe des dinoflagellés répandue à l’échelle mondiale, en utilisant à la fois des approches microscopiques et protéomiques avancées.
Comme le rapporte l’équipe dans la revue scientifique Physiologie végétalele photosynthèse Le processus chez ces micro-organismes est organisé selon une configuration inhabituelle qui peut les aider à mieux s’adapter aux conditions changeantes de lumière dans les océans. Les résultats de l’étude pourraient conduire à une meilleure compréhension de l’incidence des proliférations d’algues nuisibles, qui pourraient devenir plus fréquentes en raison du changement climatique.
Les dinoflagellés sont des organismes importants dans les écosystèmes marins et d’eau douce. Ces organismes unicellulaires constituent une proportion importante du phytoplancton libre, qui constitue la base du réseau trophique des océans et des lacs. Certaines espèces, dont Prorocentrum cordatumpeuvent proliférer dans les eaux chaudes et riches en nutriments et former des proliférations d’algues nuisibles.
Coupe transversale d’une cellule de la microalgue Prorocentrum cordatum. Le noyau avec les chromosomes est à droite. Un seul chloroplaste en forme de tonneau occupe 40 pour cent du volume cellulaire. Crédit : Université d’Oldenbourg / Groupe de Microbiologie Générale et Moléculaire
« Nous avons étudié cet organisme car, malgré sa pertinence environnementale, sa biologie cellulaire et sa physiologie métabolique sont encore mal comprises », a déclaré Rabus. En plus d’étudier la photosynthèse des microalgues, les chercheurs ont également examiné la structure de leurs noyaux cellulaires et leur réponse au stress thermique en collaboration avec des équipes des universités de Hanovre, Braunschweig et Munich et ont présenté leurs résultats dans deux autres articles récemment publiés. .
Des techniques d’imagerie avancées révèlent des structures cellulaires uniques
À l’aide d’un puissant microscope électronique à balayage doté d’un faisceau d’ions focalisé à la Ludwig-Maximilians-Universität de Munich, l’équipe dirigée par Rabus et l’auteur principal Jana Kalvelage de l’Institut de chimie et de biologie de l’environnement marin (ICBM) a pu reconstruire les trois -architecture dimensionnelle des chloroplastes, où a lieu la photosynthèse. Les scientifiques ont pu générer environ 600 couches d’images d’une seule cellule d’algue, puis combiner les sections pour créer une image spatiale tridimensionnelle à haute résolution des organismes unicellulaires de forme ovale, dont la taille est généralement d’environ 10 à 20 millièmes. d’un millimètre de long. L’analyse a révélé que Prorocentrum cordatum n’ont qu’un seul chloroplaste en forme de tonneau qui occupe 40 pour cent de leur volume cellulaire.
Les analyses protéomiques (protéiques) ont ensuite révélé des différences marquées entre l’appareil photosynthétique des microalgues et celui des Arabidopsis thaliana, une plante modèle bien étudiée dans la recherche génétique. Chez les deux espèces, la photosynthèse a lieu dans des structures protéiques complexes intégrées dans le vaste système membranaire du chloroplaste.
Cependant, dans Prorocentrum cordatum l’équipe a observé que la conversion de l’énergie solaire en énergie biochimique s’effectue dans une seule grande structure constituée de nombreuses protéines, appelée « mégacomplexe », alors que dans les chloroplastes des espèces végétales, les différentes étapes de la photosynthèse se déroulent dans des structures spatialement séparées. . L’équipe a également signalé que P. cordatum utilise un grand nombre de protéines liant les pigments différentes pour capter efficacement l’énergie solaire. « Cette diversité est une adaptation particulière aux conditions de lumière changeantes auxquelles l’organisme est exposé dans les océans », a expliqué Rabus.
Explorer la complexité génétique et l’adaptabilité
Deux autres études publiées l’année dernière mettent en évidence la biologie inhabituelle des microalgues: dans la première, une équipe germano-australienne dont faisaient également partie les chercheurs de l’ICBM a découvert que ces organismes possédaient un très grand génome avec deux fois plus de paires de bases que celui des humains. L’équipe a également découvert que les algues modifient leur métabolisme et que leur taux de croissance ralentit en réponse au stress thermique. Dans une deuxième publication, l’équipe dirigée par Rabus et Kalvelage a décrit le noyau cellulaire plus en détail, rapportant que P. cordatum possède 62 chromosomes, un nombre inhabituellement élevé qui remplit presque tout le noyau cellulaire. La fonction d’une grande partie des protéines nucléaires identifiées par les chercheurs est actuellement inconnue, a observé l’équipe.
« Nous avons étudié le fonctionnement de cette microalgue importante au niveau moléculaire. Ces résultats constituent la base d’une meilleure compréhension de son rôle dans l’environnement », a souligné Rabus. Des recherches plus approfondies pourraient apporter des réponses à des questions telles que la façon dont le métabolisme de l’organisme réagit à d’autres facteurs de stress et pourquoi l’espèce est capable de s’adapter à un si large éventail de conditions environnementales, depuis celles des tropiques jusqu’à celles des climats tempérés, a-t-il expliqué.
L’étude a été financée par la Fondation allemande pour la recherche.
