Un phytoplancton presque aussi vieux que la Terre - environ 3 milliards d'années par rapport aux 4,5 milliards d'années de la planète - détient encore des secrets, y compris comment il peut survivre à la famine dans les océans les plus pauvres en nutriments. Synechococcus est la plus diversifiée géographiquement des trois espèces de phytoplancton, contribuant à un quart de la production primaire des océans et apparaissant à la fois dans les eaux polaires glaciales et les mers tropicales chaudes.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'Institut de bioénergie et de technologie des bioprocédés de Qingdao (QIBEBT) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) ont peut-être découvert qui remercier pour l'existence persistante du phytoplancton :les bactéries hétérotrophes.

Dans une série d'expériences pluriannuelles, l'équipe a découvert que Synechococcus et les bactéries qui s'en nourrissent peuvent avoir une tendance inhérente au mutualisme et subiront des changements importants pour encourager la survie de l'autre. L'algue marine Synechococcus et sa communauté bactérienne hétérotrophe associée entretiennent une relation étroite et indissociable.

Leurs découvertes ont été publiées le 30 septembre dans Science Advances .

Des études antérieures en incluent une dans laquelle le phytoplancton et sa communauté bactérienne ont prospéré pendant plus de deux ans sans aucun apport nutritif externe. Selon le professeur Zhang Yongyu de QIBEBT, ces résultats suggèrent des interactions microbiennes qui peuvent soutenir la croissance à long terme de Synechococcus, mais uniquement dans des circonstances expérimentales contrôlées et cohérentes.

Cependant, contrairement aux systèmes de culture en laboratoire, l'océan n'est pas statique et subit des changements dans les facteurs environnementaux, y compris les nutriments. "Cette étude a été réalisée pour comprendre comment les changements dans les facteurs environnementaux, tels que la disponibilité des nutriments externes, influenceront la relation mutualiste entre le Synechococcus et la communauté bactérienne hétérotrophe", a déclaré l'auteur correspondant, le professeur Zhang.

Imitant le changement de l'environnement marin, les chercheurs ont fourni des nutriments inorganiques stériles à la coculture mutualiste établie de Synechococcus et à une communauté bactérienne diversifiée issue de leur étude précédente. La relation stable et mutuellement bénéfique de deux ans s'est déformée mais ne s'est pas rompue.

"Nos résultats suggèrent que la disponibilité de sources de nutriments externes perturbe le mutualisme établi, conduisant à l'effondrement de la santé de Synechococcus", a déclaré le co-premier auteur Shailesh Nair, chercheur postdoctoral à QIBEBT. "Cependant, une fois les nutriments externes épuisés, au cours des 450 jours suivants, Synechococcus et les bactéries hétérotrophes ont progressivement rétabli leur mutualisme métabolique dans le cadre d'une coexistence à long terme qui a ravivé la santé de Synechococcus."

Grâce à l'analyse génétique et au traçage de l'azote dans le système, les chercheurs ont déterminé que la bactérie facilitait la fixation de l'azote, convertissant l'azote pour l'utiliser dans la bouée du phytoplancton, ce qui a déclenché le mutualisme rétabli.

"Au cours du processus, la structure et les fonctions de la communauté bactérienne ont subi d'énormes ajustements pour obtenir l'effet moteur, et la cogénération d'azote, de phosphore, de fer et de vitamine B12 par les bactéries a soutenu la croissance saine et prolongée de Synechococcus", a déclaré le co-premier auteur Zhang Zenghu, professeur agrégé à QIBEBET.

Ces résultats suggèrent que Synechococcus et les bactéries hétérotrophes peuvent avoir une tendance inhérente au mutualisme, qui peut être rétablie après une interférence environnementale. Ce trait naturel et récurrent de Synechococcus et de bactéries hétérotrophes peut présenter leurs adaptations co-évolutives dans des environnements déficients en nutriments pour leur survie.

Bien que les chercheurs aient déclaré qu'ils pensaient que cette étude répondait à la question de longue date sur la ténacité de Synechococcus, ils ont maintenant plusieurs autres questions auxquelles ils prévoient de répondre.

"Cette relation mutualiste inhérente s'applique-t-elle également à d'autres algues ?" demanda Zhang Yongyu. "Pouvons-nous stimuler la croissance des algues en construisant artificiellement des communautés microbiennes favorables aux algues ? La régulation potentielle des interactions algues-bactéries peut offrir un nouveau moyen d'augmenter la séquestration du carbone marin par les algues." + Explorer plus loin

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