L'équipe, composée d'environ 50 scientifiques répartis dans huit pays, a généré la première séquence génomique de quatre souches d'algues Zygnema, les plus proches parents vivants des plantes terrestres. Leurs découvertes mettent en lumière la capacité des plantes à s'adapter à l'environnement et fournissent une base riche pour de futures recherches.

L'étude a été publiée le 1er mai dans la revue Nature Genetics.

"C'est une histoire évolutive", a déclaré Yin, qui a dirigé l'équipe de recherche avec un scientifique allemand. "Cela répond à la question fondamentale de savoir comment les premières plantes terrestres ont évolué à partir d'algues aquatiques d'eau douce."

Le laboratoire de Yin du Nebraska Food for Health Center et du Département des sciences et technologies alimentaires étudie depuis longtemps les glucides des parois cellulaires végétales, un composant majeur des fibres alimentaires pour les humains et les animaux de ferme ; lignocelluloses pour la production de biocarburants; et des barrières naturelles pour protéger les cultures contre les agents pathogènes et les stress environnementaux.

Toute la vie végétale actuelle sur terre est issue d’un événement évolutif unique connu sous le nom de terrestresisation des plantes à partir d’anciennes algues d’eau douce. Les premières plantes terrestres, connues sous le nom d'embryophytes au sein du clade des streptophytes, sont apparues sur terre il y a environ 550 millions d'années et leur arrivée a fondamentalement modifié la surface et l'atmosphère de la planète.

Ils ont rendu possible toute autre vie terrestre, y compris les humains et les animaux, en servant de fondement évolutif à la flore future et de nourriture à la faune.

Les chercheurs ont travaillé avec quatre souches d'algues du genre Zygnema, deux provenant d'une collection de cultures aux États-Unis et deux d'Allemagne. Les scientifiques ont combiné une gamme de techniques de séquençage d'ADN de pointe pour déterminer l'intégralité des séquences génomiques de ces algues.

Ces méthodes ont permis aux scientifiques de générer des génomes complets pour ces organismes au niveau de chromosomes entiers, ce qui n'avait jamais été fait auparavant sur ce groupe d'algues. La comparaison des génomes avec ceux d'autres plantes et algues a conduit à la découverte de surabondances spécifiques d'enzymes de la paroi cellulaire, de gènes de signalisation et de facteurs de réponse environnementaux.

Une caractéristique unique de ces algues révélée par l'imagerie microscopique réalisée à l'Université d'Innsbruck en Autriche, à l'Université de Hambourg en Allemagne et au Centre de biotechnologie de l'UNL est une couche épaisse et hautement collante de glucides à l'extérieur des parois cellulaires, appelée couche de mucilage.

Xuehuan Feng, le premier auteur de l'article et associé de recherche postdoctoral chez Husker, a développé une nouvelle méthode d'extraction d'ADN efficace pour éliminer cette couche de mucilage pour obtenir des ADN de haute pureté et de poids moléculaire élevé.

"Il est fascinant de constater que les éléments génétiques, dont les origines sont antérieures de plusieurs millions d'années aux plantes terrestres, se sont reproduits et diversifiés chez les ancêtres des plantes et des algues et, ce faisant, ont permis l'évolution d'une machinerie moléculaire plus spécialisée", a déclaré Iker Irisarri de l'Institut Leibniz pour l'analyse des changements de la biodiversité et co-premier auteur de l'article.

L'autre co-responsable de l'équipe, Jan de Vries de l'Université de Göttingen, a déclaré :« Non seulement nous présentons une ressource précieuse et de haute qualité pour l'ensemble de la communauté scientifique végétale, qui peut désormais explorer ces données génomiques, mais nos analyses ont révélé des problèmes complexes. liens entre les réponses environnementales."

Les quatre algues multicellulaires Zygnema appartiennent à la classe des Zygnematophyceae, les plus proches parents vivants des plantes terrestres ; c'est une classe d'algues d'eau douce et semi-terrestres avec plus de 4 000 espèces décrites.

Les Zygnematophyceae possèdent des adaptations pour résister aux facteurs de stress terrestres, tels que la dessiccation, la lumière ultraviolette, le gel et d'autres stress abiotiques. La clé pour comprendre ces adaptations réside dans les séquences du génome. Avant cet article, les séquences génomiques n'étaient disponibles que pour quatre Zygnematophyceae unicellulaires.

Yin a déclaré que cette recherche s'aligne sur l'une des 10 grandes idées de la National Science Foundation – « Comprendre les règles de la vie » – pour relever les défis sociétaux, de l'eau propre à la résilience climatique. La découverte revêt également une importance dans les sciences appliquées, telles que la bioénergie, la durabilité de l'eau et la séquestration du carbone.

"Nos analyses de réseau génétique révèlent la co-expression de gènes, en particulier ceux pour la synthèse et les remodifications de la paroi cellulaire, qui ont été étendus et obtenus chez le dernier ancêtre commun des plantes terrestres et des Zygnematophyceae", a déclaré Yin.

"Nous avons mis en lumière les racines évolutives profondes du mécanisme permettant d'équilibrer les réponses environnementales et la croissance des cellules multicellulaires."

La collaboration de recherche internationale comprend environ 50 chercheurs issus de 20 instituts de recherche répartis dans huit pays :les États-Unis, l'Allemagne, la France, l'Autriche, le Canada, la Chine, Israël et Singapour. Les autres chercheurs Husker de l'équipe sont Chi Zhang, professeur de sciences biologiques, et Jeffrey Mower, professeur d'agronomie et d'horticulture.