Les microalgues sont les moteurs invisibles de la vie : elles séquestrent une part significative du dioxyde de carbone de la planète via la photosynthèse et constituent la base des chaînes alimentaires aquatiques. Mais lorsqu’il fait trop chaud ou trop froid, ce moteur commence à tousser. Ces effets ont été largement étudiés chez l’algue verte Chlamydomonas reinhardtii. Cette microalgue sert d’organisme modèle : comme elle est particulièrement facile à cultiver et génétiquement accessible, les chercheurs l’utilisent pour étudier des principes biologiques plus généraux des microalgues.
Les réponses de l’algue verte à des températures particulièrement hautes ou basses ont donc déjà été étudiées à plusieurs reprises. Jusqu’à présent, cependant, on s’est peu intéressé aux petites fluctuations de température dans l’eau et le sol — l’habitat de C. reinhardtii — en dehors des températures extrêmes. Dans le contexte du changement climatique, les variations de température dans la plage pertinente de 18 à 33 degrés Celsius sont de plus en plus fréquentes. Une étude de chercheurs du Cluster d’Excellence « Balance of the Microverse » comble désormais cette lacune pour la première fois.
Même des changements modérés de température peuvent avoir un impact majeur
Même des changements modérés de température entraînent des modifications profondes de l’activité génétique et du comportement de C. reinhardtii. Quatre groupes de recherche au sein du cluster, coordonnés par le Prof. Dr. Maria Mittag, ont montré qu’environ un tiers de tous les gènes codant pour des protéines chez l’algue répondent aux changements de température. Cela inclut des gènes provenant de presque tous les domaines fonctionnels de la cellule, allant de la photosynthèse et du métabolisme à la locomotion et à l’interaction avec les bactéries.
Les conséquences : si la température passe de 23 à 28 degrés Celsius, la population d’algues atteint une densité cellulaire vingt pour cent plus élevée. En même temps, les cils — les organes de locomotion filiformes des microalgues — rétrécissent.
« Les microalgues sont peut-être largement invisibles à l’œil nu, mais elles sont étroitement adaptées à leur environnement. Nous avons été surpris de constater que le comportement de nage des algues s’adapte dès 15 minutes après un changement de température », explique le Dr. Prateek Shetty, premier auteur de l’étude. « Avant même que leur structure cellulaire ne soit remodelée, elles réduisent leur vitesse et changent de direction plus fréquemment. »
Mais le métabolisme des microalgues change également : lorsque la température augmente, C. reinhardtii puise d’abord dans les sources de carbone organique, retardant ainsi le début de la photosynthèse de plusieurs jours. La reproduction et l’interaction avec d’autres micro-organismes sont également affectées par les changements de température.
La collaboration interdisciplinaire comme clé
Une stratégie multi-niveaux a constitué le cœur méthodologique de l’étude. Quatre groupes de recherche au sein du Microverse Cluster ont apporté des résultats basés sur leurs domaines d’expertise respectifs. Grâce à la collaboration des groupes de recherche dirigés par le Prof. Dr. Maria Mittag, le Dr. Markus Lakemeyer, le Prof. Dr. Rosalind Allen et le Prof. Dr. Miriam Rosenbaum, une image cohérente a émergé de l’activité génétique, de la composition protéique, de la motilité et des performances photosynthétiques des algues.
« Il n’était pas clair auparavant que même des changements progressifs de température altèrent profondément le comportement des cellules d’algues. Nous devons cette découverte à la collaboration étroite et productive au sein du cluster : seule l’interaction de plusieurs groupes aux forces méthodologiques différentes a rendu cette image visible », souligne le Prof. Dr. Maria Mittag, responsable de groupe de recherche dans le Cluster d’Excellence et coordinatrice de l’étude.
Petites fluctuations, grandes vagues
Les microalgues telles que Chlamydomonas reinhardtii sont à la base de nombreuses chaînes alimentaires aquatiques et contribuent de manière significative à la séquestration du dioxyde de carbone et à la production d’oxygène. Les réponses modifiées des algues, même à de légers changements de température, suggèrent donc des implications de grande portée dans leurs écosystèmes associés. Le retard observé dans la photosynthèse pourrait être particulièrement pertinent. Si cet effet est confirmé dans des conditions naturelles, il pourrait influencer la séquestration du CO₂ et la production d’oxygène dans les sols et les plans d’eau en réchauffement.
« Pour comprendre fondamentalement les effets de phénomènes globaux tels que le changement climatique, nous devons commencer par les plus petits acteurs de nos écosystèmes complexes. Cette étude montre excellemment comment les perspectives de recherche combinées de notre Cluster d’Excellence rendent visible cette interaction invisible », souligne le Prof. Dr. Kirsten Küsel, porte-parole du Cluster d’Excellence « Balance of the Microverse ».
Article : Multiomics studies reveal how ambient temperature changes govern cellular responses of Chlamydomonas – Journal : The Plant Cell – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : JENA
