Résoudre l’histoire évolutive des algues les plus proches des plantes terrestres

Une équipe internationale de scientifiques dirigée conjointement par les universités de Göttingen et de Cologne a déchiffré l’histoire évolutive des zygnematophytes. Leurs résultats révèlent les relations internes dans ce groupe d’algues à l’aide d’analyses phylogénomiques de pointe et identifient les émergences de la multicellularité algale. Les résultats ont été publiés dans l’article « Un système à cinq ordres phylogénomiquement informé pour les parents les plus proches des plantes terrestres », dans la revue Biologie actuelle.

Les plantes terrestres sont extrêmement diverses en termes de structure et représentent les organismes photosynthétiques les plus complexes. Leurs plus proches parents, les algues vertes conjuguantes (Zygnematophyceae), ont au contraire des plans corporels beaucoup plus simples. Ces algues sont soit unicellulaires, soit forment des filaments non ramifiés, ce qui était traditionnellement utilisé pour classer grossièrement ces algues en taxons unicellulaires et filamenteux. Les Zygnematophyceae englobent environ 4 000 espèces et présentent une diversité morphologique fascinante, des belles desmidées aux espèces filamenteuses responsables de l’écume des étangs.

L’intérêt scientifique pour ce groupe d’algues est actuellement très élevé car les recherches de ces dernières années ont révélé que ces algues sont les plus proches parents des plantes terrestres. Les scientifiques ont été surpris par cette découverte car les plans corporels des zygnématophytes sont moins complexes que ceux des autres algues, qui étaient auparavant considérées à tort comme les plus proches parents des plantes terrestres. Le fait que les Zygnematophyceae aient divergé de leur dernier ancêtre commun avec les plantes il y a environ 550 millions d’années et qu’elles aient depuis tracé leur propre voie évolutive pourrait être la raison de cette division morphologique marquée.

L’équipe de chercheurs a utilisé des centaines de gènes pour collecter des dizaines de milliers de caractères moléculaires, qui pourraient être utilisés pour déduire les relations profondes au sein des Zygnematophyceae. « La taxonomie de ces algues est un problème non résolu depuis des décennies, car les analyses avec un ou quelques gènes n’avaient pas le pouvoir de résoudre les anciennes scissions évolutives. Nous introduisons maintenant un système à cinq ordres phylogénétiquement informé des zygnematophytes, qui aidera les scientifiques pour naviguer dans la diversité évolutive de ces algues », a déclaré le Dr Sebastian Hess (Université de Cologne).

En outre, le nouvel ensemble de données a fourni la base d’analyses statistiques, qui ont permis aux chercheurs de reconstruire le modèle le plus probable d’évolution du plan corporel dans cette importante classe d’algues. Ces analyses suggèrent que le dernier ancêtre commun des zygnematophytes était une algue unicellulaire et que la croissance filamenteuse est apparue plusieurs fois indépendamment dans ces algues.

Le professeur Dr. Jan de Vries (Université de Göttingen) déclare : « L’évolution de ces algues a eu un impact profond sur la vie sur terre. Les plantes terrestres d’aujourd’hui ont des corps multicellulaires élaborés qui constituent la grande majorité de la biomasse terrestre. les parents algaux nous permettent de déduire des caractéristiques telles que le plan corporel du dernier ancêtre commun partagé par les plantes terrestres et les algues, et les voies évolutives tracées depuis leur divergence. »

Une autre partie importante de l’étude a été la redécouverte de Mougeotiopsis, une algue filamenteuse, qui a été décrite à l’origine il y a environ 120 ans et n’a pas été étudiée depuis lors. Cette algue est dépourvue de pyrénoïdes, les sous-structures du chloroplaste facilitant la fixation du CO2 lors de la photosynthèse et, comme le démontrent les chercheurs, représente une autre branche évolutive des zygnematophytes qui présente une croissance multicellulaire.

Anna Busch (Université de Cologne), qui a étudié l’algue à l’aide de la microscopie optique, a expliqué : « La position phylogénétique de Mougeotiopsis a été une grande surprise. L’algue filamenteuse est plus étroitement liée aux espèces simples et unicellulaires et elle n’a pas de pyrénoïdes. C’est exceptionnel pour tous les autres zygnematophytes connus. »

L’histoire évolutive de Mougeotiopsis marque l’une des cinq émergences d’une véritable croissance filamenteuse au sein des Zygnematophyceae. « De telles informations et le nouveau cadre phylogénomique sont fondamentaux pour effectuer de manière adéquate les futures analyses comparatives et pour déduire le développement de traits cellulaires et de plans corporels des algues aux plantes », a déclaré de Vries.