Organismes photosynthétiques dans le noir : Comment les diatomées survivent-elles à la nuit polaire ?

par Juliette Laude

Projet de thèse en Génétique

Sous la direction de Chris Bowler.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème , en partenariat avec Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure (laboratoire) , Génomique des Plantes et Diatomées (equipe de recherche) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 01-09-2020 .


  • Résumé

    Les diatomées (Bacillariophyceae) sont un groupe d'algues brunes unicellulaires se distinguant par leur capacité unique à générer une paroi externe de silice. Ayant colonisé la quasi-totalité des habitats aquatiques terrestres, elles représentent l'une des lignées d'organismes photosynthétiques les plus répandues sur Terre et sont responsables à elles-seules d'environ 20% de la production primaire mondiale. Aujourd'hui encore les tenants de leur énorme succès écologique et évolutif restent inconnus. Certaines diatomées vivant en hautes latitudes, à l'image de Fragilariopsis cylindrus, se sont adaptées à la survie à la nuit polaire, un régime lumineux particulier caractérisé par une nuit sombre ou noire qui dure de 24h (cercles polaires) à 6 mois (pôles) en fonction de la latitude. Les mécanismes physiologiques, métaboliques et génétiques permettant à cet organisme photosynthétique de survivre plusieurs mois d'obscurité continue restent mystérieux. En combinant l'analyse du transcriptome de F. cylindrus à une cartographie intégrée de son épigénome en conditions d'obscurité prolongée et à la lumière, nous chercherons à identifier ces mécanismes. Les gènes candidats identifiés pourront être introduit chez des espèces de diatomées tempérées afin de tester leur rôle dans l'adaptation à la nuit polaire. Ces données seront comparées aux données métatranscriptomiques de Tara Oceans, afin d'estimer la prévalence des mécanismes identifiés chez les autres organismes photosynthétiques polaires. Enfin nous explorerons les voies associées au métabolisme et à la signalisation redox, comparativement aux espèces tempérées, dans le but d'identifier si des mécanismes redox sous-tendent l'adaptation à l'obscurité prolongée et au retour de lumière caractéristiques de la nuit polaire chez Fragilariopsis cylindrus.

  • Titre traduit

    Green life in the dark : How do diatoms survive the polar night ?


  • Résumé

    Diatoms constitute a group of unicellular brown algae, their most characteristic feature being the ability to generate an external silica cell wall. They represent one of the most widely spread lineages of photosynthetic organisms on Earth. Certain species living at high latitudes, such as Fragilariopsis cylindrus, are adapted to the polar night, an extreme light regime characterized by a night lasting from 24h (polar circles) to 6 months (poles) depending on latitude. Physiological, metabolic and genetic mechanisms allowing this photosynthetic organism to survive several months of continuous darkness remain a mystery. By combining F. cylindrus transcriptome analysis to an integrative map of its epigenome under light and prolonged darkness conditions, we expect to identify such mechanisms. Identified candidate regulatory genes will be introduced in temperate model diatom species in order to test their roles in polar night adaptation. Data will be compared to Tara Oceans metatranscriptomes to estimate the prevalence of the identified mechanisms in other photosynthetic polar organisms. Finally we will explore the role of redox-associated pathways in the adaptation to prolonged darkness and subsequent light return that are characteristic of the polar night in F. cylindrus.