Des chercheurs de l’Université d’Iéna et des Instituts Leibniz d’Iéna ont publié de nouvelles découvertes sur l’adaptabilité de la microalgue Chlamydomonas reinhardtii. L’étude interdisciplinaire, réalisée en grande partie par des scientifiques du pôle d’excellence Balance of the Microverse, montre comment la petite algue verte peut adapter sa forme et son métabolisme dans des conditions naturelles sans modifier son génome.
L’équipe de recherche a étudié comment la microalgue verte Chlamydomonas reinhardtii, un organisme modèle en biologie, subit une sorte de « métamorphose » dans un environnement riche en acétate et spatialement structuré, calqué sur les sols naturels des rizières.
Dans son environnement naturel, l’algue se retrouve souvent dans les sols humides, comme les rizières, riches en acétate et où elle coexiste avec d’autres micro-organismes. Les cellules de l’algue mesurent normalement environ 10 micromètres, portent deux flagelles et possèdent un œil primitif, appelé « ocelle », qui est responsable des mouvements contrôlés par la lumière.
Les chercheurs ont découvert que la petite algue s’adapte de manière significative dans les conditions simulées : la taille des cellules est encore réduite, les flagelles deviennent plus courts, le volume de l’ocelle augmente et la paroi cellulaire est renforcée. Ces changements facilitent la survie dans l’environnement complexe, en partie anaérobie, caractérisé par les micro-organismes. De plus, les algues régulent la quantité de leurs récepteurs photosensibles et produisent davantage de glucides sous forme d’amidon.
L’équipe a publié leurs recherches dans la revue Nouveau phytologue.
Simuler les conditions naturelles des rizières permet de mieux comprendre les interactions entre les algues et leur environnement. L’adaptation à ces environnements est nécessaire car les algues entrent en compétition avec d’autres micro-organismes et sont souvent exposées aux conditions de stress qui surviennent dans ces sols.
« Notre étude montre à quel point il est important d’étudier les micro-organismes non seulement dans des conditions de laboratoire mais également dans des environnements qui ressemblent à leur habitat naturel », souligne Maria Mittag, professeur de botanique générale et auteur correspondant de l’article. « Ce n’est que dans de telles conditions que se révèlent de profonds mécanismes d’adaptation qui ne sont pas observés en laboratoire. »
En collaboration avec le groupe de travail du professeur Pierre Stallforth, professeur de chimie bioorganique et de paléobiotechnologie, les chercheurs des deux chaires ont créé un environnement 3D spatialement structuré pour les algues.
Le Dr Patrick Then et le Dr Martin Westermann ont capturé en images la forme modifiée des algues. L’expertise des groupes de travail du professeur Mittag dans le domaine de la biologie des algues et du professeur Jürgen Popp dans l’analyse spectroscopique Raman a permis de visualiser les changements dans le métabolisme de l’amidon au niveau subcellulaire.
« La combinaison de technologies optiques innovantes et d’approches interdisciplinaires nous a permis d’acquérir une vision complète des adaptations biologiques de Chlamydomonas reinhardtii », explique le professeur Popp, expliquant la nécessité d’une collaboration interdisciplinaire.
Les auteurs ont été surpris de constater que le simple changement des conditions de culture conduisait à une régulation positive ou négative de certains gènes ou protéines et, finalement, de voies métaboliques, sans qu’il soit nécessaire de modifier le génome. Les résultats pourraient avoir des applications à long terme en biotechnologie, par exemple dans la production de biocarburants durables.
Plus d’informations :
Trang Vuong et al, Métamorphose d’une algue verte unicellulaire en présence d’acétate et d’un environnement tridimensionnel spatialement structuré, Nouveau phytologue (2024). DOI : 10.1111/nph.20299