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Posté par Michel le Lundi 15/10/2007 à 00:00
Animal ou végétal ? Le génome d'une algue modèle livre ses secrets
La séquence complète du génome de l'algue verte unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii vient d'être décodé, pour la première fois, par une centaine de chercheurs, parmi lesquels les deux directeurs de recherche au CNRS. Le génome de cet eucaryote atypique combine certaines caractéristiques spécifiques aux plantes à d'autres propres aux animaux. Les chercheurs ont ainsi découvert de nouveaux gènes, impliqués dans la photosynthèse ou dans la motilité des "flagelles". Avec cet organisme original, ils espèrent mieux comprendre la cellule eucaryote fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.). Surtout, ces travaux, publiés dans la revue Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de...) le 12 octobre, laissent présager des applications considérables en agronomie, biotechnologie (L’OCDE définit les biotechnologies comme "l’application de la science et de la technologie aux organismes vivants à d’autres matériaux vivants ou non...) et dans le traitement de certaines pathologies.


Chlamydomonas reinhardtii

L'algue (Les algues sont des êtres vivants capables de photosynthèse dont le cycle de vie se déroule généralement en milieu aquatique. Elles constituent une part très...) unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii est un eucaryote (1) utilisé depuis une cinquantaine d'années comme modèle pour l'étude, tant de la motilité des flagelles que de la photosynthèse. Ce sont les flagelles qui assurent la mobilité des spermatozoïdes et permettent l'élimination du mucus dans la trachée. Les premiers mutants impliqués dans la biogenèse des flagelles ont été identifiés dans Chlamydomonas. C'est également dans cet organisme qu'a été démontrée l'existence d'un ADN au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale...) du chloroplaste – organite spécifique des cellules végétales qui réalise la photosynthèse. Comme des mutants de cette algue peuvent être produits et analysés facilement, celle-ci est un organisme modèle très prisé des chercheurs, qui la surnomment "la levure (Une levure est un champignon unicellulaire apte à provoquer la fermentation des matières organiques animales ou végétales. Les levures sont employées pour la...) verte".

Débuté en 2001, le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) de décryptage du génome de cette algue a été mené par l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) de génomique du département américain de l'Energie (JGI) et a bénéficié des efforts de plus d'une centaine de chercheurs de part le monde (Le mot monde peut désigner :), parmi lesquels deux directeurs de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) au CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), Laurence Maréchal-Drouard, choisie pour son expertise concernant les ARNt (2), et Olivier Vallon. Ce dernier a coordonné l'équipe chargée d'annoter le génome, c'est-à-dire de décrire les gènes et leurs fonctions. L'analyse de la séquence, d'environ 120 millions de paires de bases, a révélé près de 15 000 gènes, un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) étonnement élevé pour un organisme unicellulaire. Résultat primordial en lui-même, ce décryptage apporte par ailleurs un formidable outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des...) pour les études génétiques. Dès lors, les chercheurs pourront identifier le gène affecté par une mutation donnée en quelques semaines, au lieu de plusieurs années. Une analyse simultanée des niveaux d'expression de tous les gènes de l'organisme et de leurs variations en fonction des conditions physiologiques est désormais envisageable. Sept ans après Arabidopsis, dont le séquençage en l'an 2 000 avait révolutionné la génétique des plantes, Chlamydomonas est sur le devant de la scène.

Mieux comprendre certaines fonctions essentielles des plantes et des animaux

Surtout, c'est le répertoire génique de Chlamydomonas qui retient l'attention des scientifiques: il s'agit d'une véritable mosaïque évolutive, combinant des caractéristiques clairement "végétales" et d'autres typiques des animaux. En tant que plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne) des...), le séquençage de Chlamydomonas éclaire de façon originale l'évolution du règne végétal, de l'aquatique au terrestre, de l'unicellulaire au pluricellulaire. La comparaison avec d'autres génomes d'algues et de plantes a déjà permis de dresser un catalogue de nouveaux gènes impliqués dans la photosynthèse et la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences...) du chloroplaste. En revanche, d'autres gènes, et pas seulement ceux liés aux flagelles, sont plus proches du répertoire des animaux. Citons par exemple toute une série de nucléotide cyclases, des enzymes qui sont essentielles chez les animaux pour de nombreuses voies de signalisation intra- et intercellulaires. De nombreuses sélénoprotéines sont également présentes chez Chlamydomonas: elles comportent dans leur séquence un acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) aminé rarissime, la sélénocystéine. Il s'agit là d'une propriété très ancienne des eucaryotes, qui n'a été conservée que dans certaines lignées, parmi lesquelles Chlamydomonas et les vertébrés.

Un potentiel biotechnologique, agronomique et médical

Récemment, il a été démontré que certaines maladies génétiques humaines étaient dues à un défaut dans un gène de fonction inconnue, mais dont l'homologue dans Chlamydomonas participe à la motilité flagellaire. C'est une piste précieuse pour identifier les causes de ces pathologies et éventuellement proposer des traitements. De même, la dissection des mécanismes moléculaires de la photosynthèse et de la biogenèse du chloroplaste promet des applications majeures en agronomie et en biotechnologie. En particulier, le chloroplaste est un compartiment de choix pour produire des molécules à haute valeur ajoutée: les gènes étrangers introduits dans l'ADN chloroplastique ne peuvent être disséminés par le pollen (Le pollen (du grec palè : farine ou poussière) constitue, chez les végétaux supérieurs, l'élément fécondant mâle de la fleur : ce sont de minuscules grains de forme plus ou moins...), à la différence de ceux qui sont portés par le génome nucléaire des OGM actuels. Aujourd'hui, Chlamydomonas est la seule plante dans laquelle la modification du génome chloroplastique est aisée. C'est également le seul eucaryote capable de produire, sous certaines conditions, de l'hydrogène en utilisant l'énergie solaire. La levure verte, une alternative efficace pour fabriquer le "biohydrogène" ?

Notes:
(1) Par opposition aux procaryotes (archéobactéries et eubactéries), ils possèdent un vrai noyau. Uni- et pluricellulaires, ils rassemblent les animaux, les champignons, les plantes et les protistes.
(2) L'ARNt, pour acide ribonucléique de transfert, joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) un rôle fondamental dans la synthèse des protéines.


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Source: CNRS