Les picoeucaryotes marins jouent un rôle essentiel dans l'équilibre et l'écosystème des océans. Ces microalgues sont des organismes microscopiques qui conservent les structures subcellulaires des eucaryotes typiques. Elles vivent au rythme du jour et de la nuit, mais aussi des saisons. Or, ces microalgues sont exposées à des variations quotidiennes et saisonnières de lumière qui dépendent fortement de la latitude, c'est-à-dire de leur position géographique par rapport à l'équateur.
Nous disposons aujourd'hui d'une bonne compréhension de l'horloge circadienne des plantes terrestres, capable de s'adapter à ces variations de lumière. En revanche, la manière dont les picoalgues marines perçoivent et intègrent ces signaux lumineux restait inexplorée.
Une horloge circadienne commune, mais modulable
Les chercheurs se sont donc intéressés à plusieurs espèces de picoalgues vertes de l'ordre des Mamiellales, largement distribuées dans les océans du globe. À partir de l'analyse comparative de leurs génomes, ils ont montré que ces espèces partagent un ensemble commun de gènes impliqués dans l'horloge circadienne et la perception de la lumière, suggérant l'existence d'un socle moléculaire apparu précocement au cours de leur évolution. Toutefois, cet héritage commun est modulé par de nombreux événements de duplication, de perte ou de remaniement de gènes, qui diffèrent selon les lignées. Ces différences sont particulièrement marquées pour les gènes impliqués dans la détection de la lumière et la régulation de l'horloge interne.
Un résultat clé de leur étude concerne la protéine TOC1, essentielle au fonctionnement de l'horloge biologique chez Ostreococcus tauri, une espèce d'algue verte unicellulaire de 0,8 μm de diamètre. Les chercheurs ont montré que cette protéine est absente ou tronquée chez certaines espèces tropicales.
Une adaptation au rythme de la lumière selon la latitude
Les auteurs ont mené des approches expérimentales basées sur des lignées rapporteurs luciférase (organismes ou cellules génétiquement modifiés utilisés pour observer l'activité de certains gènes en temps réel). Ces analyses ont confirmé que chez ces algues tropicales l'horloge circadienne n'est plus fonctionnelle, contrairement aux espèces de latitudes tempérées. Ces observations suggèrent que certains mécanismes circadiens centraux peuvent devenir dispensables dans des environnements où la durée du jour varie peu au cours de l'année. À l'inverse, dans les régions du globe où les durées d'ensoleillement quotidien fluctuent fortement, conserver une horloge circadienne est essentiel.
Dans un second temps, l'exploitation de données issues des expéditions Tara Océan a confirmé que la distribution géographique des espèces et l'expression de leurs gènes circadiens sont étroitement liées aux conditions environnementales. Les chercheurs suggèrent ainsi que les picoalgues des hautes latitudes, soumises à de fortes variations saisonnières de photopériode, conservent des horloges circadiennes robustes, tandis que celles des régions tropicales peuvent s'en affranchir partiellement.
Cette étude montre donc que les microalgues marines possèdent une étonnante capacité d'adaptation : elles peuvent ajuster, simplifier ou même se passer en partie de leur horloge circadienne selon leur environnement. Ces recherches aident à mieux comprendre comment la vie microscopique des océans s'adapte aux gradients lumineux à l'échelle de la planète.