Mécanismes physiologiques et moléculaires impliqués dans la survie de Fragilariopsis cylindrus (diatomée polaire) à une période d’obscurité prolongée

Les zones polaires sont caractérisées par des conditions environnementales extrêmes dont les variations mettent à rude épreuve les capacités d’acclimatation des organismes sessiles et planctoniques marins. L’un des grands défis rencontrés par les organismes autotrophes est de survivre dans aux longs mois d’hiver privés de lumière. Au printemps, les microalgues (eucaryotes majoritairement unicellulaires) ayant survécu forment d’importantes efflorescences (blooms) qui supportent la production estivale du reste du réseau trophique. Les diatomées, particulièrement bien adaptées aux zones océaniques turbulentes riches en nutriments, dominent la production primaire aux pôles. Elles sont souvent les premières à initier les efflorescences printanières, illustrant leur extraordinaire capacité à survivre à la nuit polaire, mais également à reprendre leur croissance après une très longue période d’inactivité. Bien qu’étudiés à de nombreuses reprises par le passé, les processus impliqués dans leur survie sont encore aujourd’hui mal connus.Le projet Green Life in the Dark, au sein duquel cette thèse a été réalisée, a pour but d’élucider les mécanismes physiologiques et génétiques impliqués dans la survie des diatomées pendant et juste après la nuit polaire. Pour ce faire, des cultures de Fragilariopsis cylindrus (diatomée polaire pennée) ont été soumises en laboratoire à quatre périodes d’obscurité longues d’un à cinq mois, chacune suivie d’une période de ré-illumination. F. cylindrus domine souvent la production des blooms en Arctique et en Antarctique. Elle peut par ailleurs croître attachée sous la glace, et dans la colonne d’eau, faisant d’elle une représentante pertinente des diatomées polaires. Son génome a également été publié.Nous nous sommes premièrement attelés à tester l’intérêt de l’utilisation de la cytométrie en flux dans l’étude de la survie. Cette technique a permis de suivre les variations de différents paramètres physiologiques des cultures au niveau de la cellule, une première dans ce champ de recherche.Les résultats ont permis d’illustrer l’importance de prendre en considération les potentielles variations interindividuelles au sein d’une population de cellules lors d’une acclimatation longue à l’obscurité. Après plusieurs semaines sans lumière, deux sous-populations dérivant de la population initiale ont pu être détectées, et leurs caractéristiques physiologiques étudiées. Trois causes de mortalité ont pu être identifiées.Les grands réservoirs de molécules riches en carbone (sucres, lipides et protéines) permettent de stocker les photosynthétats. L’utilisation de ces réserves permet aux organismes de compenser un déficit d’apports énergétiques exogènes, en fournissant les métabolites nécessaires au fonctionnement de la cellule. Associée à un ralentissement du métabolisme, cette stratégie est utilisée par certaines diatomées pour survivre à la nuit polaire. Cependant, les mécanismes sous-jacents restent mal compris. Le second objectif de cette thèse était donc, grâce une double approche, de suivre la gestion du métabolisme de F. cylindrus à l’obscurité. Premièrement, en étudiant la régulation de la transcription des voies métaboliques associées aux grands compartiments de carbone, puis en suivant les variations de la taille et de la nature de ces derniers. Les analyses ont permis de confirmer la dégradation de différents stocks de carbone accumulés avant l’obscurité, ainsi que le ralentissement métabolique attendu. Les données de transcriptomique ont notamment permis de souligner l’importance des voies de dégradation de certains acides aminés ramifiés ou aromatiques. L’analyse des différentes familles de molécules a montré que les lipides et carbohydrates de réserve ont été dégradés à court et moyen termes, alors que les protéines, biomasse fonctionnelle, ont été recyclées dans un second temps, probablement pour pallier la diminution d’énergie provenant d’autres compartiments.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.