Une équipe dirigée par des biologistes végétaux actuels et anciens de Carnegie a entrepris la plus grande étude génomique fonctionnelle jamais réalisée sur un organisme photosynthétique. Leurs travaux, publiés dans Génétique naturellepourraient éclairer les stratégies d’amélioration des rendements agricoles et d’atténuation du changement climatique.
La photosynthèse est le processus biochimique par lequel les plantes, les algues et certaines bactéries sont capables de convertir l’énergie solaire en énergie chimique sous forme de glucides.
« C’est la base sur laquelle la vie telle que nous la connaissons peut exister », a déclaré Arthur Grossman de Carnegie, co-auteur de l’article. « Il rend notre atmosphère riche en oxygène tout en capturant un pourcentage des gaz à effet de serre responsables du changement climatique, principalement du CO2, qui sont rejetés dans l’atmosphère par l’activité humaine, et c’est le pilier de notre approvisionnement alimentaire. »
Pourtant, malgré son importance fondamentale, de nombreux gènes associés à la photosynthèse restent non caractérisés. Heureusement, les algues présentent un véhicule accessible pour élucider l’information génétique qui sous-tend ce processus vital.
Un catalogue de mutants de l’algue verte photosynthétique unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii qui a été lancé par Martin Jonikas de l’Université de Princeton pendant son mandat en tant qu’associé du personnel de Carnegie a permis à une équipe collaborative de scientifiques des plantes de commencer à comprendre les fonctions de milliers de gènes qui sont présents dans les organismes photosynthétiques.
Chlamydomonas représente un groupe d’algues photosynthétiques que l’on trouve dans le monde entier dans l’eau douce et salée, les sols humides et même à la surface de la neige. Ils poussent facilement en laboratoire, même dans l’obscurité si on leur donne les bons nutriments. Cela fait de Chlamydomonas un excellent outil de recherche pour les biologistes végétaux, en particulier pour ceux qui s’intéressent à la génétique de l’appareil photosynthétique, ainsi qu’à de nombreux autres aspects de la biochimie végétale, tels que les réponses à la lumière et au stress.
« Nous avons commencé avec une collection de 58 000 mutants de Chlamydomonas et les avons exposés à une grande variété de conditions et de facteurs de stress chimiques », a expliqué Jonikas. « La quantification de la croissance d’un mutant individuel nous a permis de voir quels gènes contribuent au succès dans chaque environnement et de commencer à lier bon nombre de ces gènes à des traits adaptatifs. »
Cette étude représentait 78 % des gènes de Chlamydomonas, soit près de 14 000, fournissant un cadre pour hiérarchiser les gènes qui sont de bons candidats pour des recherches ultérieures et permettant aux scientifiques de commencer à émettre des hypothèses sur les fonctions possibles de gènes mal compris dans les organismes photosynthétiques.
« Nous prévoyons que notre travail guidera la caractérisation fonctionnelle des gènes à travers l’arbre de la vie », a déclaré Grossman.
« Nous sommes très heureux de voir comment les ressources générées par les scientifiques de Carnegie permettent à la communauté de recherche et font progresser le domaine à une si grande échelle », a ajouté Zhiyong Wang, directeur par intérim du département de biologie végétale de Carnegie.
Les connaissances tirées de cette recherche pourraient étayer des stratégies visant à améliorer les rendements d’importantes cultures vivrières et de biocarburants dans un monde en réchauffement, ainsi que des programmes de capture et de stockage de la pollution par le carbone de l’atmosphère.
Friedrich Fauser et al, Caractérisation systématique de la fonction des gènes dans l’algue photosynthétique Chlamydomonas reinhardtii, Génétique naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41588-022-01052-9