Les microalgues, acteurs majeurs de la photosynthèse globale et de la productivité primaire, sont considérées comme des cellules châssis prometteuses en biologie synthétique. Une étude récente met en lumière le rôle essentiel de la méthylation de l’ADN dans l’accumulation de lipides chez ces organismes, ouvrant la voie à de nouvelles perspectives pour l’industrie des biocarburants.
Publiée dans Plant Communications, une recherche menée par l’Institut de Bioénergie et de Biotechnologie de Qingdao (QIBEBT) de l’Académie des Sciences Chinoise a dévoilé le schéma de distribution et les changements dynamiques dans l’ADN N6-méthyladénine (6mA) à une résolution de base unique chez des souches sauvages et des mutants perturbés par 6mA. Cela a permis de mettre en évidence son rôle crucial dans l’accumulation de lipides, en particulier sous des conditions de forte luminosité.
La Nannochloropsis oceanica, connue pour sa robustesse et son efficacité en culture extérieure, présente des avantages tels qu’une croissance rapide, une forte tolérance au dioxyde de carbone, une synthèse robuste de lipides et des acides gras insaturés de haute qualité. Avec une petite taille de génome (~30 Mb) et une nature haploïde, elle permet une manipulation génétique flexible, comme le knockout de gènes, la surexpression, la suppression de grands fragments génomiques et la recombinaison homologue, avec une haute efficacité d’édition.
Le rôle de la 6mA
La 6mA est une modification importante de la méthylation de l’ADN. En utilisant le séquençage en temps réel à molécule unique, les chercheurs ont révélé le paysage 6mA du génome entier de la Nannochloropsis oceanica. Les résultats mettent en évidence l’enrichissement préférentiel de la 6mA dans le motif AGGYV, des niveaux élevés au sein des transposons et des régions non traduites en 3′, et une association étroite avec la transcription active.
« Nous avons observé une augmentation progressive de la 6mA le long de la direction de la transcription des gènes, avec un enrichissement spécifique près des donneurs d’épissage et des sites de terminaison de la transcription », a indiqué GONG Yanhai, co-auteur de l’étude.
De plus, les gènes fortement exprimés montrent une abondance plus élevée de 6mA dans le génome par rapport aux gènes faiblement exprimés, suggérant une interaction positive entre la 6mA et les facteurs de transcription généraux.
Impacts de la 6mA
Pour approfondir les effets de la 6mA, les chercheurs ont éliminé le gène de la méthyltransférase 6mA (NO08G00280). Cela a entraîné des modifications des schémas de méthylation et des changements dans l’expression de gènes clés associés au cofacteur molybdène, aux transporteurs de sulfate, à la glycosyl transférase, à la lipase et à la méthionine sulfoxyde réductase, conduisant finalement à une diminution de la biomasse et de la production d’huile.
À l’inverse, l’élimination du gène de la déméthylase (NO06G02500) a entraîné une augmentation des niveaux de 6mA et une croissance ralentie.
« Ces découvertes ont non seulement validé les enzymes clés dans la voie de régulation épigénétique, mais ont également mis en lumière le rôle pivot de la 6mA dans l’accumulation de lipides chez Nannochloropsis sous des conditions de forte luminosité », a ajouté le Prof. WANG Qintao, co-auteur de l’étude.
En synthèse
Ces découvertes offrent des perspectives sur l’utilisation des modifications épigénétiques du génome pour augmenter l’efficacité de la production de biomasse et de lipides chez les microalgues industrielles. L’étude fait partie de l’initiative de conception et de synthèse de Nannochloropsis (NanDeSyn), qui implique 26 équipes de recherche de huit pays, coordonnant leurs efforts pour faire progresser la recherche en biologie moléculaire et synthétique dans les microalgues industrielles fixatrices de carbone et productrices d’huile.
« Grâce à nos efforts collaboratifs, nous avons partagé librement des ensembles de données complets qui incluent des cartes de modification épigénétique 6mA du génome entier, des transcriptomes et des mutants associés sous diverses conditions de culture. Ces ressources précieuses sont maintenant disponibles pour la communauté scientifique via le site web de NanDeSyn. Notre objectif commun est de faire progresser la recherche sur les microalgues industrielles en favorisant l’échange de ressources de germoplasme, d’outils génétiques et d’informations de génomique fonctionnelle », a conclu le Prof. XU Jian, auteur correspondant de l’étude.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la Nannochloropsis oceanica ?
La Nannochloropsis oceanica est une microalgue connue pour sa robustesse et son efficacité en culture extérieure. Elle présente des avantages tels qu’une croissance rapide, une forte tolérance au dioxyde de carbone, une synthèse robuste de lipides et des acides gras insaturés de haute qualité.
Qu’est-ce que la 6mA ?
La 6mA est une modification importante de la méthylation de l’ADN. Elle est associée à la transcription active et est plus abondante dans les gènes fortement exprimés.
Quel est le rôle de la 6mA dans l’accumulation de lipides ?
La 6mA joue un rôle crucial dans l’accumulation de lipides, en particulier sous des conditions de forte luminosité. Les modifications de la 6mA peuvent entraîner des changements dans l’expression de gènes clés et affecter la production de biomasse et d’huile.
Qu’est-ce que l’initiative NanDeSyn ?
L’initiative NanDeSyn est un effort collaboratif impliquant 26 équipes de recherche de huit pays, visant à faire progresser la recherche en biologie moléculaire et synthétique dans les microalgues industrielles fixatrices de carbone et productrices d’huile.
Quels sont les résultats de cette étude ?
Cette étude a révélé le rôle crucial de la 6mA dans l’accumulation de lipides chez les microalgues, offrant des perspectives pour l’augmentation de l’efficacité de la production de biomasse et de lipides dans l’industrie des microalgues.
Références
Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) of the Chinese Academy of Sciences. (2023). « Critical role of DNA methylation in lipid accumulation in microalgae. » Plant Communications.
Article : « Genome-wide adenine N6-methylation map unveils epigenomic regulation of lipid accumulation in Nannochloropsis » – DOI: 10.1016/j.xplc.2023.100773
