Génomique fonctionnelle diatomée

Les diatomées constituent le principal groupe du phytoplancton. Elles ont une histoire évolutive complexe comme en témoigne le séquençage de génomes de différentes espèces qui a révélé de nombreuses particularités dont une composition en gènes d’origine animale, végétale et bactérienne.

 Les principaux objectifs de notre activité de recherche sont d’identifier les mécanismes contrôlant la croissance et la distribution des diatomées dans l’écosystème marin en utilisant les nouveaux outils génétiques disponibles et les informations issues des génomes. Parce que la lumière est un signal environnemental primordial pour des organismes photosynthétiques, nous réalisons une caractérisation globale des réponses des diatomées à la lumière en étudiant:

  • les photorécepteurs de lumière bleue (les cryptochromes), et lumière rouge/rouge lointain (phytochromes), leur voie de signalisation et leur fonction;
  • les réponses des diatomées au stress lumineux en caractérisant les mécanismes de photoprotection;
  • les processus de régulation rythmique par la lumière et ses régulateurs;
  • les petits ARN non codant et les voies d’extinction de l’expression de gènes, en explorant leur rôle régulateur chez les diatomées.

En savoir plus

  • Les photorécepteurs chez les diatomées: Nous caractérisons les photorécepteurs de lumière bleue (cryptochromes) et de lumière rouge (phytochromes) en nous focalisant sur leurs voies de signalisation, leurs propriétés spectrales, leurs fonctions in vivo. Nous nous intéressons aussi aux réseaux transcriptionnels qui permettent de connecter la perception de la lumière à la physiologie de la cellule.
  • Les régulateurs de l’activité du chloroplaste: Nous caractérisons la dynamique des réponses photosynthétiques en réponse à des changements de lumière en étudiant la famille LHCX et le cycle des xanthophylles. Ces études sont utilisées dans le cadre de la production de lipides chez les diatomées.
  • L’horloge circadienne: Nous avons identifié, par des approches transcriptomiques et computationnelles de l’ensemble des facteurs de transcriptions, des régulateurs moléculaires originaux de l’horloge circadienne chez les diatomées qui sont en cours de caractérisation.
  • Les petits ARN non codants et les voies de gene silencing: Nous avons caractérisé des populations de petits ARN chez P. tricornutum à partir de données génomiques et épigénomiques et mise en évidence l’existence de réseaux de ncRNA interconnectés chez les diatomées.
  • Nouvelles ressources génétiques chez les diatomées: Nous participons à des réseaux de recherche européens pour l’amélioration des ressources génétiques (Génération de 20000 lignées mutantes gain-de-fonction par surexpression (Réseau ASSEMBLE), inactivation des 200 facteurs de transcription de P.tricornutum (EMBRC-Fr). 

Résultats importants

Les diatomées ont des stratégies spécifiques pour détecter et répondre à des variations de lumière. Nous avons récemment identifié de nouveaux photorécepteurs tels que les auréochromes ou de nouvelles familles de cryptochromes et de phytochromes. Leurs caractérisations soulèvent de nouvelles hypothèses quant aux rôles de ces protéines dans la régulation de la croissance et des processus d’adaptation dans un contexte marin.

La caractérisation récente chez les diatomées de ncRNAs a permis de mettre en évidence que P. tricornutum possède une forte diversité de sRNA probablement impliqués dans la régulation de processus génétiques et epigénétiques aujourd’hui indéterminés. Ces résultats ont permis d’une part de révéler une complexité insoupçonnée des populations de sRNA. D’autre part, ils ont permis de révéler une distribution périodique de petits ARNs (tous les 180 nt) au niveau de régions hyperméthylées. Ces résultats ont permis d’ouvrir de nouvelles perspectives sur les processus et la diversité des petits ARN chez les eucaryotes. 

Projets

Par des approches physiologiques et moléculaires combinées à des études génétiques et génomiques, nous cherchons à comprendre les processus complexes d’adaptation à la lumière chez la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum. Les récentes données génomiques environnementales ainsi que les analyses transcriptomiques de microorganismes marins sont utilisés pour mieux comprendre la fonction ainsi que la distribution des voies de signalisation contrôlées par la lumière dans un environnement marin.

Notre participation à de nombreux réseaux de recherche nous permet de contribuer au développement de nouvelles ressources génétiques. Un de nos projets à long terme est de générer une collection de mutants de diatomées affectés dans des voies métaboliques comme outil et support pour notre recherche académique et pour des approches biotechnologiques. 

Collaborations

  • International collaborations :

- Prof. Wolfgang R. Hess (Genetics & Experimental Bioinformatics, University Freiburg
Institute of Biology, Freiburg, Germany).

- Dr. Maurizio Ribera D’Alcalà & Dr. Daniele Iudicone, Stazione Zoologica A. Dohrn of Naples, Italy.

- Dr. Thomas Mock, School of Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich, UK.

- Dr K. Tessmar-Raible, Dpt of Micobiology Immunobiology and Genetics, Max F. Perutz Laboratory, University of Vienna (Austria).

- Dr. Paola Olivieri, Dept. Genetics, Evolution and Environment, University College London, UK.

- Prof. Takeshi Todo and Dr. Tomoko Ishikawa, Department of Radiation Biology and Medical Genetics, Graduate School of Medicine, Osaka University, Japan.

- Prof. Oliver Ebenhoeh, University Court of The University of Aberdeen, United Kindom and 12 partners of the EU Funded Marie Curie Initial Training Network “AccliPhot”, 2012-2016.

- Dr. Markus Teige, Max F. Perutz Laboratory, University of Vienna (Austria) and 11 parteners of EU Funded Marie Curie Initial Training Network “CALIPSO” 2013-2017

  • National collaborations :

- Alessandra Carbone and Hugues Richard, Analytical Genomics team, Laboratoire de Biologie Computationnelle et Quantitative, UMR 7238 CNRS-Université Pierre et Marie Curie, Paris, FR.

- Dr. Giovanni Finazzi and Dr. Eric Maréchal, Laboratoire de Physiologie Végétale et Cellulaire, CNRS, CEA, Grenoble, FR.

- Dr. Chris Bowler, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Paris, France.

- Dr. Lionel Navarro, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Paris, France.