Les proliférations d'algues nuisibles connues sous le nom de marées brunes peuvent évincer les herbiers indigènes et les coquillages empoisonnés. Crédit:Florida Fish and Wildlife
Des chercheurs de l'Observatoire terrestre de Lamont-Doherty de l'Université Columbia ont peut-être trouvé une nouvelle stratégie pour limiter la croissance d'une espèce d'algue appelée Aureococcus anophagefferens, qui, à des densités élevées, peut entraîner des marées brunes dévastatrices. En s'appuyant sur une approche génomique appelée métatranscriptomique, les chercheurs ont déterminé que la gestion du phosphore peut être importante pour contrôler les marées brunes.
Aureococcus anophagefferens a fait surface au large de Long Island en 1985, donnant aux estuaires la couleur de la boue, évinçant les herbiers indigènes, et empoisonner les coquillages. Les algues ont prospéré, étouffant une industrie conchylicole autrefois florissante et nuisant au commerce touristique très important de la région. Il continue d'affliger la Great South Bay de Long Island et d'autres eaux médio-atlantiques.
Les scientifiques voulaient savoir comment Aureococcus anophagefferens réussissait à se développer si bien le long des côtes fortement impactées par les activités humaines. Une étude de 2011 a fourni un point de départ critique en séquençant le génome de cette algue, en identifiant qu'elle avait des capacités qui lui ont permis de prospérer dans des écosystèmes modifiés anthropiquement riches en matière organique. Dans une étude de 2014, des recherches de suivi ont permis de découvrir le secret de survie du phytoplancton, qui réside dans son ADN; Aureococcus peut fabriquer des enzymes qui décomposent l'azote organique et le phosphore lorsque les nutriments inorganiques s'épuisent, lui permettant de battre les organismes concurrents et de s'épanouir. L'azote et le phosphore dont Aureococcus a besoin pour fleurir proviennent souvent du ruissellement des eaux pluviales et d'autres sources terrestres.
Sur la base de l'ADN et d'autres recherches, les scientifiques ont appris comment les gènes codés dans le génome s'activent et se désactivent en réponse à l'apport de nutriments comme l'azote et le phosphore, développer une approche métatranscriptomique pour identifier les activités d'Aureococcus dans une communauté mixte d'autres algues. Traditionnellement, les chercheurs suivent les proliférations en comptant les cellules dans l'eau et en mesurant la chimie de l'eau pour voir si les algues sont limitées en azote ou en phosphore.
Aureococcus poussant dans un tube à essai dans le laboratoire Dyhrman de l'Observatoire terrestre de Lamont-Doherty. Crédit :Sheean Haley
"Vous surveillez la chimie de l'eau et le nombre de cellules, et cela peut vous dire si la communauté algale reçoit suffisamment d'azote ou de phosphore, et qui influence la prise de décision en matière de gestion et d'atténuation, ", a déclaré Sonya Dyhrman, océanographe microbien et auteur principal, Sonya Dyhrman. Cela signifie généralement concentrer les efforts sur la réduction des apports d'azote dans les estuaires qui accueillent les marées brunes.
Cependant, dans l'étude publiée cette semaine dans Frontières en microbiologie , Dyhrman et ses collègues ont adopté une approche différente, approche plus directe pour évaluer ce qui alimente ces cellules, portant leur enquête aux cellules dans les eaux au large des Hamptons. Dyhrman compare la manière traditionnelle d'évaluer les activités d'Aureococcus à entrer dans un réfrigérateur et à décider si une personne est en bonne santé en fonction de ce qu'il y a dans ce réfrigérateur.
"C'est cette idée que nous faisons des déductions sur la santé ou l'activité des algues en fonction de ce qu'il y a dans l'eau plutôt que de regarder les cellules elles-mêmes. Une bien meilleure façon que de regarder dans le réfrigérateur serait de vous tester pour voir si vous êtes en bonne santé ou pas. Ce que nous avons entrepris de faire avec cette étude est de demander aux algues elles-mêmes si elles reçoivent suffisamment d'azote ou de phosphore, " a expliqué Dyhrman.
En effet, ils ont demandé quels gènes sont activés et désactivés, sachant—d'après les découvertes précédentes—que distincte, des gènes spécifiques sont activés par l'azote et d'autres par la disponibilité du phosphore. Ce qu'ils ont trouvé était surprenant.
Louie Wurch, professeur adjoint à l'Université James Madison et auteur principal de l'étude, prépare des échantillons de marée brune pour les analyses de métatranscriptome. Crédit :Sonya Dyhrman
"La chimie de l'eau (l'approche du réfrigérateur) nous disait qu'ils n'obtenaient pas assez d'azote. Mais quand nous avons regardé les cellules, ils activaient tous leurs gènes qui indiquaient qu'ils n'obtenaient pas assez de phosphore. Pas ce que nous attendions, " a déclaré Dyhrman.
C'était la première fois que les scientifiques pouvaient utiliser l'approche de l'expression génique pour demander spécifiquement à cette espèce d'algue nuisible quelles ressources elle utilise sur le terrain, ce qui n'avait pas été traçable jusqu'à récemment.
"Les cellules nous disaient quelque chose de différent de la chimie de l'eau, ", a déclaré Dyhrman. "Ce qui signifie que nous devons penser non seulement à l'azote, mais aussi au phosphore lorsque nous pensons à contrôler ou à atténuer ces proliférations."
"Nous avons montré avec cette méthode que les cellules d'algues réagissent rapidement à des variables de leur environnement que nous ne pouvons pas non plus, ou n'ont pas, encore détecté, " dit Louie Wurch, lead author and assistant professor at James Madison University. "We have a lot more to learn and this has really opened the door for a lot of exciting future research!"
