Les scientifiques ont découvert un processus de reproduction sexuée chez les microalgues qui les aide à mieux comprendre l'évolution des algues et des plantes. Leur découverte pourrait conduire à de nouvelles applications industrielles pour les microalgues, allant du traitement des eaux usées à la production d'ingrédients alimentaires et de pigments.

L'équipe de recherche japonaise a publié ses découvertes dans les Actes de l'Académie nationale des sciences la semaine du 3 octobre 2022.

L'équipe a mené ses études sur Galdieria, une espèce unicellulaire de microalgue rouge présente dans les sources chaudes d'acide sulfurique du monde entier et qui devrait être une importante source de nutrition pour l'homme. Les microalgues possèdent une grande capacité de fixation du dioxyde de carbone. Cette fixation est le processus par lequel le dioxyde de carbone est transformé en composés organiques. La capacité de fixation des microalgues est supérieure à celle des plantes et les microalgues contiennent des concentrations plus élevées de protéines, de vitamines et de pigments. Ces dernières années, des chercheurs et des entreprises se sont efforcés de développer la Galdieria à croissance rapide en tant que source industrielle de vitamines et de pigments.

Galdieria est assez polyvalente, capable de produire sa propre énergie grâce à la photosynthèse, en utilisant la lumière et le dioxyde de carbone. Il utilise un mélange de différentes sources d'énergie et de carbone et obtient ses nutriments en consommant des sucres extracellulaires ou des alcools de sucre. Galdieria est également capable de tolérer des niveaux plus élevés de sel et de métaux lourds que de nombreuses autres microalgues. Pourtant, la taille du génome de Galdieria est très petite.

En raison de la polyvalence de Galdieria, les scientifiques le considèrent comme un système émergent pour les applications biotechnologiques. Cependant, comme Galdieria est entourée d'une paroi cellulaire épaisse et rigide, elle nécessite un traitement physique énergivore pour extraire son contenu cellulaire. La paroi cellulaire entrave également la modification génétique de la Galdieria.

Au cours de leurs recherches, l'équipe a appris que la forme à paroi cellulaire connue de Galdieria est un diploïde, un type de cellules contenant deux ensembles complets de chromosomes. Cependant, lorsque ces diploïdes sont exposés à un environnement spécifique, un haploïde sans paroi cellulaire est produit et l'haploïde sans paroi ne contient qu'un seul ensemble de chromosomes.

Pour approfondir leurs recherches, l'équipe a réussi à propager de manière stable l'haploïde sans paroi cellulaire et à reconvertir l'haploïde en diploïde. "Ainsi, nous avons découvert un processus de reproduction sexuée chez les microalgues qui a émergé au début de l'évolution des algues et des plantes", a déclaré Shunsuke Hirooka, professeur adjoint du projet à l'Institut national de génétique du Japon

"Nous avons développé avec succès une technique de modification génétique pour Galderia en utilisant l'haploïde sans paroi cellulaire. La procédure permet de générer des lignées "autoclonées" qui ne contiennent aucune séquence d'ADN hétérologue à usage industriel. Par exemple, nous avons réussi à générer des algues de couleur bleue (le bleu est la couleur de la phycocyanine, qui est utilisée comme colorant bleu naturel dans certains produits alimentaires), qui n'existe pas naturellement », a déclaré Shin-ya Miyagishima, professeur à l'Institut national de génétique du Japon.

Les découvertes de l'équipe sont importantes car bien que la reproduction sexuée se retrouve également chez certaines algues unicellulaires, les ancêtres des plantes, la reproduction sexuée n'a jamais été trouvée chez de nombreuses algues unicellulaires apparues tôt dans l'évolution. "Ces algues unicellulaires ont été supposées proliférer uniquement par division cellulaire, ou reproduction asexuée, et l'origine et le processus évolutif de la reproduction sexuée chez les algues et les plantes n'ont pas été clairs", a déclaré Hirooka.

Pour l'avenir, les chercheurs pensent que leurs découvertes aideront à clarifier davantage le processus évolutif et l'origine de la reproduction sexuée chez les algues et les plantes. Les découvertes de l'équipe ont le potentiel de débloquer des utilisations futures passionnantes pour la microalgue Galdieria.

"L'haploïde découvert dans cette étude a le même potentiel de croissance que le diploïde, et son contenu peut être facilement extrait et génétiquement modifié, ce qui facilite l'utilisation industrielle, de Galdieria et devrait créer des formes avancées d'utilisation des microalgues, telles que les vaccins contenant nourrir en utilisant des algues exprimant des protéines virales comme antigènes », a déclaré Miyagishima. + Explorer plus loin

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