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Des chercheurs de l’Institut de Biologie de l’Ecole Normale Supérieure, avec une équipe internationale, ont révélé de nouveaux aspects sur l’évolution des diatomées

et ont mis en évidence la présence d’un cycle d’urée utilisé dans le métabolisme du carbone et de l’azote

PARIS, FRANCE-12 mai 2011-chercheurs de l’Institut de Biologie de l’Ecole Normale Supérieure (IBENS) avec une équipe internationale de chercheurs ont publié leurs travaux au sujet d’une nouvelle découverte sur les diatomées marines montrant qu’elles utilisent le cycle de l’urée qui leur permet de métaboliser efficacement le carbone et l’azote présents dans leur environnement. Le papier paraitra le 12 mai dans la prestigieuse revue scientifique Nature. PARIS, FRANCE-12 mai 2011-chercheurs de l’Institut de Biologie de l’Ecole Normale Supérieure (IBENS) avec une équipe internationale de chercheurs ont publié leurs travaux au sujet d’une nouvelle découverte sur les diatomées marines montrant qu’elles utilisent le cycle de l’urée qui leur permet de métaboliser efficacement le carbone et l’azote présents dans leur environnement. Le papier paraitra le 12 mai dans la prestigieuse revue scientifique Nature.

L’équipe de recherche dirigée par un membre de l’EMBO et médaillé d’argent du CNRS en 2010 Chris Bowler de l’IBENS, et le co-auteur Andrew Allen, de l’institut J. Craig Venter à San Diego (JCVI) suggèrent que cela expliquerait la domination des diatomées dans les océans, en particulier après les événements d’upwelling (le mouvement de remontée des eaux profondes riches en éléments nutritifs à la surface). En réponse à ce mouvement océanique, les diatomées sont capables de récupérer plus rapidement de longues périodes de carence en nutriments et de proliférer.

Les diatomées sont des eucaryotes qui ont une carapèce unique à base de silice. Ce sont des organismes clés pour la compréhension des écosystèmes marins et sont en grande partie responsables de la production de carbone et d’oxygène dans l’océan. Plus précisément, la photosynthèse des diatomées est responsable d’environ un cinquième de l’oxygène que nous respirons.

En 2008 Bowler et ses collègues ont séquencé le génome de la première diatomée fusiforme Phaeodactylum tricornutum. Dans ce document, Bowler et ses collaborateurs ont développé de nouvelles méthodes pour déterminer les origines des gènes de diatomées et ont constaté que des centaines de gènes ont une origine bactérienne. L’équipe a également commencé à explorer le métabolisme des nutriments chez les diatomées notamment celui du fer.

S’appuyant sur ce travail, la nouvelle publication par Allen et al continue d’explorer l’histoire évolutive des diatomées, en particulier P. tricornutum, et les mécanismes cellulaires permettant l’utilisation des nutriments dans l’environnement. Cela a conduit à de nouvelles données présentées dans ce document montrant que les diatomées ont un cycle de l’urée fonctionnelle. Ce fut une découverte étonnante car auparavant on pensait que le cycle de l’urée est apparu avec les métazoaires (animaux) où il a joué un rôle important en facilitant un large éventail d’innovations physiologiques chez les vertébrés. Par exemple, la synthèse de l’urée permet une osmorégulation rapide (contrôle des minéraux et des sels dans le sang) chez les animaux comme les requins, les raies et les poissons osseux, et la désintoxication d’ammoniac associée à une rétention d’eau chez les amphibiens et les mammifères. Ce dernier a probablement été une condition préalable pour la vie sur terre et par la suite a donné lieu aux voies biochimiques nécessaires pour un régime riche en protéines. Allen et al ont montré que le cycle de l’urée est en fait apparu des centaines de millions d’années avant l’apparition des métazoaires. L’équipe a utilisé des techniques de l’ARN interférent pour réprimer en partie une enzyme clé du cycle de l’urée chez les diatomées. Alisdair Fernie, co-auteur de l’Institut Max-Planck de physiologie moléculaire des plantes en Allemagne, a analysé le profil des métabolites de diatomées avec et sans un cycle de l’urée défectueux et a trouvé que les métabolites du cycle de l’urée sont essentiels pour le recyclage cellulaires du carbone et de l’azote et facilitent une croissance exponentielle associée à une récupération rapide après une carence nutritionnelle.

Bowler a résumé en disant, "Il semble que le cycle de l’urée des animaux qui est essentiel pour l’exportation cellulaire des déchets de carbone et de l’azote, a été emprunté à un mécanisme ancestral qui a initialement évolué comme mécanisme de recyclage de l’azote et du carbone. C’est une découverte très intéressante et inattendue qui bouleverse notre manière de percevoir les diatomées par rapport aux animaux et aux plantes. Nous devrions peut être les appeler plantimals ! "

Ce travail suggère également que les diatomées ont suivi une voie fondamentalement différente de l’évolution des plantes (des producteurs d’oxygène dominants dans les milieux terrestres), des algues vertes, et d’autres organismes étroitement apparentés. Avant l’acquisition de la capacité à faire de la photosynthèse, les ancêtres des diatomées ont été peut-être plus étroitement liés aux ancêtres des animaux que ceux des plantes. Cette parenté a entraîné chez les diatomées et les animaux le partage de certaines voies biochimiques similaires tel que le cycle de l’urée. Malgré l’utilisation du cycle de l’urée à des fins différentes, les diatomées et les animaux sont liés sur le plan évolutif d’une manière que les animaux et les plantes ne sont pas.

Avec Bowler et Allen et d’autres collègues de l’Ecole Normale Supérieure et JCVI, des chercheurs du Centre de biologie de l’ASCR, l’Institut de parasitologie et de l’Université de Bohême du Sud, République tchèque, l’Institut Max-Planck de physiologie moléculaire des plantes en l’Allemagne, l’Université fédérale de Viçosa, au Brésil et l’Institut d’hydrobiologie de l’Académie chinoise des sciences, ont contribué à ce travail. La recherche a été financée par le projet de la Commission européenne ‘Diatomics’, l’Agence Nationale de la Recherche en France, la National Science Foundation aux Etats-Unis, et la République Tchèque Science Foundation.