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La couverture génomique de la lignée verte s’enrichit de deux génomes

La couverture génomique de la lignée verte s’enrichit de deux génomes
© Artistic rendition depicting the freshwater alga plant Chara braunii cradling different types of lands plants: a moss, a fern, a conifer and a flower. Credit: Melanie Barth and Debbie Maizels
Deux chercheurs du LRSV (UMR CNRS/UPS) ont collaboré à la publication en juillet 2018 dans les journaux « Nature Plants » et « Cells » de deux articles descriptifs de deux nouveaux génomes de la lignée verte très attendus par la communauté scientifique pour les réponses qu’ils apportent aux questions fondamentales de l’évolution de la vie des plantes.

Qu’est-ce qui fait les différences entre les organismes ? C’est l’une des questions majeures de la biologie de l’évolution, qui, partant des différences moléculaires entre les organismes, cherche à retracer les modifications d´un génome au cours de l’évolution. La compréhension fine des mécanismes ayant doté le plus récent ancêtre commun des algues et des plantes terrestres des traits leur permettant de coloniser le milieu terrestre constitue une question importante.

Le génome de Chara : à la conquête de la terre

Un groupe d’algues en particulier est connu pour sa proximité avec les plantes terrestres : les charophytes. Le génome de l’une des espèces de Charophyte (Klebsormidium nitens) était déjà séquencé, mais la communauté des chercheurs rêvait d’avoir à disposition un second génome, d’une espèce ayant divergé plus récemment des plantes terrestres. En d’autres mots, d’une espèce ayant partagée plus d’histoire commune avec les plantes terrestres. C’est maintenant chose faite grâce à Chara braunii dont le génome vient d’être séquencé.

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« Une des choses remarquables de ce génome est qu’on y retrouve un certain nombre de gènes qu’on pensait être spécifiques des plantes terrestres. » nous explique Pierre-Marc Delaux « on peut ainsi proposer que plusieurs caractères que l’on pensait spécifiques aux plantes terrestres étaient en fait présents dans le génome de leur ancêtre commun aquatique. » ajoute-t-il.

Les auteurs notent enfin chez Chara braunii des innovations absentes chez les plantes terrestres. Ils ont montré que deux familles de gènes étaient particulièrement abondantes chez Chara braunii : des peroxydases nécessaires pour le contrôle de l’homéostasie des espèces réactives de l’oxygène ainsi que des gènes permettant la reconnaissance des microbes environnants. Ces multiplications de gènes par évènements de diversification pourraient expliquer la mise en place de nouvelles associations avec un spectre de microbes élargi.

Les génomes de fougère éclairent la question de l'évolution des plantes terrestres et des symbioses cyanobactériennes

Les fougères constituent le groupe sœur le plus proche de toutes les plantes à graines, et constituent l’un des deux seuls groupes de plantes terrestres parmi les sept grands groupes existants pour lesquels les chercheurs ne disposaient pas jusqu’alors de génomes. En effet, les génomes de fougères sont généralement colossaux, avec jusqu’à 250 chromosomes chez certaines espèces, rendant leur séquençage extrêmement complexe. Toutefois, deux espèces de fougères présentent des génomes de tailles plus réduites : Azolla filiculoides et Salvinia cucullata (Salviniales) qui ont pu être séquencés.

Dans ces génomes, les chercheurs ont entre autres identifié un gène spécifique à la fougère qui semble avoir dérivé de bactéries par transfert horizontal de gènes. Par ailleurs, Azolla présente la spécificité d’une symbiose unique avec des cyanobactéries fixatrices d’azote, avec un schéma clair de co-spéciation entre les deux partenaires de la symbiose. De plus, le génome d'Azolla est dépourvu des gènes communs aux symbioses mycorhizienne à arbuscules et nodulaire étudiées plus classiquement dans les unités du LabEx : la symbiose avec une cyanobactérie est donc indépendante de ces gènes.

Ces deux articles d’étude de gènes symbiotiques et de leur macroévolution s’inscrivent en plein dans les thèmes de recherche du LabEx TULIP et, comme le conclue Pierre-Marc Delaux : « Ils sont une belle occasion de prendre en compte une dimension de la diversité du vivant qui est au cœur des préoccupations de TULIP. »