Les diatomées sont un type courant de micro-organisme photosynthétique, trouvé dans de nombreux environnements, de la mer au sol; dans les océans, ils sont responsables de plus d'un tiers du carbone océanique mondial capturé lors de la photosynthèse. Cela conduit à une quantité importante de carbone séquestré qui se retrouve dans les sédiments au fond de l'océan. Dans les écosystèmes d'eau douce et marins, la base du réseau trophique est composée d'une communauté diversifiée de phytoplancton qui comprend des diatomées qui peuvent prospérer dans une large gamme de températures. Dans l'océan Austral ou Antarctique, de grandes populations d'une diatomée particulière, Fragillariopsis cylindrus , dominent les communautés phytoplanctoniques.

Pour en savoir plus sur comment F. cylindrus adapté à son environnement extrêmement froid, une équipe dirigée par des scientifiques de l'Université d'East Anglia (UEA) à Norwich, L'Angleterre a mené une analyse génomique comparative impliquant trois diatomées en exploitant l'expertise du U.S. Department of Energy Joint Genome Institute (DOE JGI), qui a effectué tout le séquençage et l'annotation. Les résultats, signalé en ligne le 16 janvier 2017 dans la revue La nature , a fourni des informations sur la structure du génome et l'évolution de F. cylindrus , ainsi que le rôle de cette diatomée dans l'océan Austral. D'un intérêt particulier était que F. cylindrus , qui est diploïde (il a deux copies de chaque chromosome, donc deux versions de chaque gène) peut exprimer sélectivement le variant le mieux adapté pour l'aider à faire face à son environnement. Cela fournit à l'organisme une résilience supplémentaire enracinée dans le génome à mesure que son environnement change.

"De nombreuses espèces dont le phytoplancton sont endémiques de l'océan Austral, " a déclaré Thomas Mock de l'UEA, qui a dirigé l'étude. "Ils ont évolué au cours de millions d'années pour être capables de faire face à cet environnement extrême et très variable. Comment ils ont fait cela est en grande partie inconnu. Ainsi, nos données fournissent un premier aperçu de la façon dont ces organismes clés sous-tendent l'un des écosystèmes marins les plus grands et uniques sur La Terre a évolué."

Pour prospérer dans l'océan Austral, F. cylindrus doit être réactif à une grande variété de conditions, y compris l'obscurité, températures de gel et de dégel, et des niveaux variables de dioxyde de carbone et de fer. Par exemple, comme beaucoup de phytoplancton, F. cylindrus est piégé avec la glace de mer en hiver et est relâché en été lorsque la majeure partie de la glace de mer fond.

Le génome de 60 millions de paires de bases (Megabase ou Mb) de F. cylindrus a été séquencé dans le cadre du portefeuille 2007 du programme scientifique communautaire du DOE JGI. La version initiale de l'assemblage du génome était disponible en 2010, l'analyse du génome a nécessité six années supplémentaires et plusieurs groupes, y compris les génomiques et les généticiens des populations. Pour l'analyse comparative, son génome a été comparé à celui des diatomées, Thalassiosira pseudonanana et Phaeodactylum tricornutum, tous deux trouvés dans les océans tempérés avec des concentrations plus élevées de fer dissous. Ces génomes de diatomées ont été précédemment rapportés par le DOE JGI.

L'analyse a révélé que près d'un quart des F. cylindrus le génome contenait des allèles très divergents, copies des mêmes gènes trouvés dans les autres diatomées, mais qui avait divergé en accumulant des mutations. L'équipe a découvert que cette divergence allélique semble coïncider avec la dernière période glaciaire, qui a commencé quelque 110, il y a 000 ans. "Il était remarquable de constater que différents allèles des mêmes gènes divergent et évoluent pour répondre à divers facteurs environnementaux, " a déclaré Igor Grigoriev, Chef de la génomique fongique du DOE JGI et auteur principal de l'étude.

Mock a noté que l'équipe a également trouvé de nombreux gènes "uniques" à F. cylindrus , telles que les protéines liant la glace et la rhodopsine. Il a ajouté qu'ils ont observé de nombreuses protéines avec des domaines de zinc, en raison de la forte concentration de zinc dans l'océan Austral, qui n'avait été trouvé dans aucun autre génome de phytoplancton. La famille des protéines liant le zinc semble s'être étendue au cours des 30 derniers millions d'années.

« Constatant que le F. cylindrus la population maintient et soutient une variation étendue afin de fournir la capacité d'adaptation de la population dans des conditions environnementales difficiles a de larges implications pour notre compréhension des populations naturelles aux conditions environnementales changeantes, " a déclaré Jérémy Schmutz, responsable du programme des plantes du DOE JGI et co-auteur de l'étude. "Au niveau du génotype individuel, la commutation observée de l'expression d'une copie d'haplotype du gène à l'autre copie d'haplotype dans des conditions changeantes démontre la complexité des mécanismes de survie présents dans la nature pour traduire la variation et le contenu génomiques disponibles en réponse environnementale. Pour la plupart des organismes eucaryotes diploïdes, nous avons considéré les haplotypes séparés comme largement redondants, et généré une seule référence d'haplotype, mais il apparaît dans le cas de F. cylindrus la variation majeure des deux haplotypes est vitale pour la survie et l'adaptation de l'espèce et peut contenir des variations dans le contenu réglementaire. Cela changera probablement la façon dont les techniques et les tests génomiques sont appliqués par la communauté aux espèces eucaryotes vivant dans l'océan. »