Une étude met en lumière les signaux utilisés par les algues pour « écouter » leur environnement

On sait depuis longtemps que les plantes libèrent des substances chimiques pour réagir au stress et transmettre des informations à leurs voisines. Une équipe de scientifiques du laboratoire Bigelow a montré que les glaucophytes, un petit groupe d’algues unicellulaires éloignées des plantes, semblent avoir le même penchant pour la communication chimique. Cela suggère que la capacité à utiliser des signaux chimiques de cette manière n’est peut-être pas propre à la vie complexe comme on le pensait autrefois, mais qu’elle a plutôt évolué plus loin dans l’arbre de la vie.

« Nous étudions cet organisme qui partage des ancêtres avec les plantes et utilise un processus de communication que les gens pensaient autrefois réservé aux plantes », a déclaré John Burns, chercheur principal et co-auteur de l’étude. « Il est possible que de nombreuses branches de la vie aient commencé avec des outils de communication similaires, mais qu’elles aient ensuite divergé dans leur façon génétique particulière de le faire. »

La découverte du fonctionnement de la communication cellulaire dans de nouvelles lignées aide les scientifiques à comprendre comment ces capacités sont apparues et ont évolué au fil du temps. Les microalgues, comme les glaucophytes, sont également essentielles au cycle biogéochimique des systèmes aquatiques. Il est donc essentiel de les comprendre pour prédire le fonctionnement de l’écosystème dans son ensemble, en particulier dans des situations stressantes.

« Le processus de communication sous-jacent utilisé par les plantes et les glaucophytes est similaire, et ils reposent sur les mêmes composants de base de la vie », a déclaré Baptiste Genot, ancien chercheur postdoctoral au laboratoire Bigelow et auteur principal de l’étude. « Mais aller au-delà des plantes pour comprendre comment des cellules individuelles comme ces algues réalisent ces processus ouvre vraiment une nouvelle voie. »

Leurs résultats ont été récemment publiés dans Journal de microbiologie eucaryote.

Les scientifiques savent depuis longtemps que les plantes émettent des molécules informatives, comme des hormones et d’autres composés organiques, pour communiquer des informations et s’adapter à des situations stressantes comme les changements de température ou l’exposition à des toxines. Mais il existe beaucoup moins d’informations sur les stratégies utilisées par les microalgues, bien qu’elles soient les producteurs primaires les plus abondants dans les systèmes aquatiques.

Cela inclut les glaucophytes, l’une des trois principales lignées de ce que l’on appelle les Archaeplastida. Les organismes de ce groupe, dont les plantes, ainsi que les algues vertes et rouges, sont connus pour avoir un ancêtre commun il y a plus d’un milliard d’années.

Comprendre les points communs entre les stratégies de communication complexes utilisées par ces différents organismes peut aider les scientifiques à établir la chronologie des ramifications des lignées. Cela peut également les aider à mieux comprendre l’évolution des outils utilisés pour la photosynthèse.

« Les glaucophytes sont une autre branche du vivant qui a développé des chloroplastes en même temps que les ancêtres des plantes, mais qui a suivi une évolution totalement différente », a déclaré Burns. « Ces comparaisons peuvent donc servir à répondre à des questions très fondamentales sur la photosynthèse dans toutes les branches du vivant. »

Les chercheurs se sont concentrés sur une espèce de glaucophyte, appelée Cyanophora paradoxa. Ils ont découvert qu’en réponse à des facteurs de stress externes comme les changements de lumière, C. paradoxa produit des hormones puissantes comme l’éthylène, qui joue un rôle clé dans la maturation des fruits et dont on sait qu’elle est libérée par les plantes en réponse au stress.

Lorsque l’équipe a fourni aux algues un produit chimique précurseur de l’éthylène, elle a découvert que les glaucophytes produisaient de grandes quantités de l’hormone et ralentissaient leur taux de croissance en réponse.

« Si vous regardez les gènes des plantes, vous ne penseriez jamais que les glaucophytes pourraient utiliser ces mêmes voies de signalisation, car ils n’ont tout simplement pas les mêmes « parties » », a déclaré Burns.

« Nous utilisons souvent les plantes comme base de la vie photosynthétique, mais dans cette histoire, ce sont des « bizarreries » qui ont pris une direction évolutive différente. Les glaucophytes ont peut-être plus de points communs avec d’autres algues que les plantes en ce qui concerne ces comportements. »

Cette étude fournit la première preuve que les glaucophytes libèrent des hormones en réponse au stress, mais des questions subsistent quant à la manière dont ces organismes modifient leurs comportements réels, comme leur façon de nager ou de se développer, en réponse à ces hormones. Burns et Genot s’intéressent également à la manière dont d’autres organismes de l’écosystème réagissent à ces changements chimiques et si d’autres espèces d’algues utilisent ces mêmes signaux hormonaux pour communiquer.

Mais au-delà de la communication, l’étude souligne également la valeur des glaucophytes de manière plus générale. En raison de leur place unique dans l’arbre de la vie, de leur stabilité en laboratoire et de leur croissance rapide (Burns les compare à des « mauvaises herbes »), ils constituent un outil précieux pour répondre à des questions sur l’histoire de l’évolution et même pour développer des produits à base d’algues comme des alternatives au plastique.

« L’écart entre ce que nous savons sur ces eucaryotes unicellulaires photosynthétiques et les plantes cultivées est encore énorme », a déclaré Genot. « C’est un défi mais passionnant car nous avons encore beaucoup à apprendre sur ces petites cellules qui vivent tout autour de nous. »