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May 22, 2023

L'analyse du génome de Parmales, le groupe frère des diatomées, révèle la spécialisation évolutive des diatomées issues de phago

Communications Biology volume 6, Numéro d'article : 697 (2023) Citer cet article 499 Accès 5 Détails de Altmetric Metrics L'ordre des Parmales (classe Bolidophyceae) est un groupe mineur d'espèces de taille pico.

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 697 (2023) Citer cet article

499 Accès

5 Altmétrique

Détails des métriques

L'ordre des Parmales (classe des Bolidophyceae) est un groupe mineur de phytoplancton marin eucaryote de taille pico qui contient des espèces dont les cellules sont entourées de plaques de silice. Des études antérieures ont révélé que Parmales est membre des ochrophytes et sœur des diatomées (phylum Bacillariophyta), le groupe phytoplancton le plus prospère de l'océan moderne. Par conséquent, les génomes parmaléens peuvent servir de référence pour élucider à la fois les événements évolutifs qui ont différencié ces deux lignées et la base génomique du succès écologique des diatomées par rapport au mode de vie plus énigmatique des parmaléens. Ici, nous comparons les génomes de huit parmaléens et de cinq diatomées pour explorer leurs différences physiologiques et évolutives. On pense que les Parmaléens sont des phago-mixotrophes. En revanche, les diatomées ont perdu les gènes liés à la phagocytose, ce qui indique une spécialisation écologique allant de la phago-mixotrophie à la photoautotrophie au début de leur évolution. En outre, les diatomées présentent un enrichissement significatif en ensembles de gènes impliqués dans l’absorption et le métabolisme des nutriments, notamment en fer et en silice, par rapport aux parmaléens. Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent un lien évolutif fort entre la perte de phago-mixotrophie et la spécialisation vers un stade de vie photoautotrophe silicifié au début de l’évolution des diatomées après une divergence de la lignée Parmales.

L'ordre des Parmales (classe des Bolidophyceae) est un groupe de phytoplancton marin eucaryote de taille pico (2 à 5 μm) avec des cellules entourées de plaques silicifiées1. Les parmaléens sont répandus dans l'océan, des régions polaires aux régions tropicales, et sont relativement abondants dans les régions polaires et subarctiques2,3. Les séquences parmaléennes sont les plus abondantes dans la fraction picoplanctonique (0,8 à 5 µm) des données mondiales de métabarcoding des océans de Tara Oceans et représentent au plus 4 % des séquences d'organismes photosynthétiques et < 1 % en moyenne2. Actuellement, seuls 17 taxons de parmaléens ont été décrits3,4. Les observations SEM et TEM, la phylogénétique moléculaire et les analyses de pigments photosynthétiques ont indiqué que les parmaléens appartiennent aux Bolidophyceae (ochrophytes)5, qui est le taxon frère des diatomées (phylum Bacillariophyta). Les Bolidophyceae contiennent également des flagellés nus photosynthétiques de taille pico (appelés bolidomonades) qui habitent principalement les eaux subtropicales6. Des analyses phylogénétiques récentes utilisant plusieurs souches nouvellement isolées ont révélé que les espèces de bolidomonades flagellées appartiennent au genre parmaléen silicifié et non flagellé Triparma au sein des Bolidophyceae, suggérant que le cycle de vie de Triparma bascule entre les stades silicifiés/non flagellés et nus/flagellés2.

Les diatomées sont un groupe relativement jeune d’eucaryotes unicellulaires qui auraient émergé près de la frontière Trias-Jurassique (il y a environ 200 millions d’années7). Malgré leur courte histoire évolutive, les diatomées représentent le groupe phytoplancton le plus prospère dans l’océan moderne ; ils sont très diversifiés, comptant jusqu'à 105 espèces8, et contribuent largement à la production primaire marine, réalisant jusqu'à 20 % de la photosynthèse planétaire totale. On pense que les diatomées réussissent particulièrement bien dans les environnements dynamiques tels que les zones d'upwelling, et il a été suggéré que leur succès écologique est soutenu par des caractéristiques telles que la défense de la paroi cellulaire silicifiée9 et l'absorption de nutriments de luxe10. Cependant, malgré les progrès réalisés dans la compréhension du génome des diatomées au cours des deux dernières décennies, les raisons qui sous-tendent le succès des diatomées dans les océans modernes restent mal comprises. Pour comprendre le succès écologique des diatomées, la caractérisation de l’évolution des gènes liés à la physiologie de ce taxon est nécessaire.

Bien que les parmaléens soient les plus proches parents des diatomées, ils présentent une biomasse, une diversité d’espèces et un impact écologique bien inférieurs à ceux de leur taxon frère. Le cycle de vie proposé par le parmaléen, qui alterne entre les stades silicifié/non flagellé et nu/flagellé, est similaire à l'origine proposée des diatomées2. Les diatomées ancestrales étaient peut-être des flagellés haploïdes qui formaient des zygotes diploïdes silicifiés11. La division mitotique du zygote aurait pu avoir lieu préférentiellement pour donner naissance aux diatomées centriques12, qui constituent le groupe de diatomées le plus ancien avec un stade végétatif diploïde produisant des gamètes mâles haploïdes flagellés nus pour la reproduction sexuée13. Ainsi, une comparaison des parmaléens et des diatomées devrait fournir des indices importants sur les différences dans leurs stratégies écologiques et leurs trajectoires évolutives. À ce jour, seules des données génomiques limitées sur les parmaléens sont disponibles14, et les caractéristiques génomiques et les événements évolutifs qui ont conduit à des différences entre les parmaléens et les diatomées sont restés non étudiés. Dans cette étude, nous avons généré sept nouveaux assemblages du génome parmaléen. Ces sept projets de génomes, un génome parmaléen préalablement déterminé et cinq génomes de diatomées accessibles au public ont été utilisés pour effectuer une analyse comparative du génome. Nos résultats délimitent les trajectoires évolutives de ces deux lignées après leur divergence et corrèlent leurs caractéristiques écologiques avec leurs fonctions génomiques.