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Un échange d'azote et de carbone entre une cyanobactérie et une algue unicellulaire est révélé pour la première fois dans des échantillons prélevés dans l'océan Pacifique. Les résultats ont été publiés dans la revue Science du 21 septembre par une équipe internationale impliquant un chercheur de la Station biologique de Roscoff (CNRS et Université Pierre et Marie Curie Paris 6).
La campagne BIOSOPE en 2004 dans le Pacifique Sud, pendant laquelle on a pu détecter la symbiose entre une cyanobactérie et une algue eucaryote© Daniel Vaulot, CNRS, Roscoff
Les cyanobactéries (anciennement appelées "algues bleu-vertes", mais ce sont bien des bactéries) sont connues pour à la fois fixer le carbone par photosynthèse et dans certains cas l'azote atmosphérique. En 2008, l'équipe de Jonathan Zehr, de l'université de Californie à Santa Cruz, constate que des cyanobactéries prélevées au nord de l'océan Pacifique, très loin des côtes, sont capables de fixer l'azote mais pas le carbone. En effet, l'analyse métagénomique des échantillons démontre qu'elles sont dépourvues des gènes qui donnent cette capacité. L'équipe découvre alors que ces cyanobactéries semblent être associées à un eucaryote: une algue unicellulaire.
Dès lors, une symbiose entre les deux organismes est soupçonnée. Dans cette nouvelle étude, la technique dite "nanoSIMS" qui combine spectrométrie de masse et microscopie, a permis de mettre en évidence un échange entre les deux organismes: la cyanobactérie, capable de fixer l'azote de l'atmosphère, le fournit à l'algue ; en retour, cette dernière fournit à la cyanobactérie le carbone qui lui fait défaut.
Daniel Vaulot, de la Station biologique de Roscoff, avait quant à lui déchiffré dans une étude distincte des séquences génétiques d'algues unicellulaires provenant d'une autre région du Pacifique, au sud. Ces séquences se sont révélées identiques à celles des algues des échantillons de l'équipe américaine. Une nouvelle analyse a alors révélé qu'elles contenaient également le matériel génétique de la cyanobactérie. Les travaux de l'équipe française prouvent donc que l'association entre les deux organismes découverte par l'équipe de Jonathan Zehr n'est pas fortuite. Cette étude révèle un nouveau type de stratégie adaptative qui permet à des algues unicellulaires de subsister au centre des océans, qui est très pauvre en azote.
Association entre la cyanobactérie et l'algue eucaryote observée en microscopie confocale. A gauche on voit l'ADN des cellules. Au centre la cyanobactérie est marquée par un sonde génétique spécifique. A droite les deux images ont été combinées. La barre en bas à droite correspond à 1 µm.
©: Dr. Niculina Musat (MPI) et Dr. Cristina Moraru (MPI). Microscope confocal Zeiss LSM510.
Référence:
Unicellular Cyanobacterium Symbiotic with a Single-Celled Eukaryotic Alga, Science, Anne W. Thompson, Rachel A. Foster, Andreas Krupke, Brandon J. Carter, Niculina Musat, Daniel Vaulot, Marcel M. M. Kuypers, Jonathan P. Zehr
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