Les herbiers marins constituent la foundation de l’un des écosystèmes marins côtiers les moreover riches en biodiversité, mais néanmoins vulnérables, au monde. Ils sont apparus en trois lignées indépendantes de leurs ancêtres d’eau douce il y a environ 100 millions d’années et sont les seules plantes à fleurs marines entièrement submergées. Passer à un environnement aussi radicalement différent est un événement évolutif rare et certainement pas facile. Comment ont-ils fait ? Les nouveaux génomes de qualité de référence fournissent des indices importants pertinents pour leur conservation et leur software biotechnologique.
- Les herbiers marins ont évolué il y a environ 100 millions d’années pour devenir des plantes à fleurs entièrement submergées dans l’eau de mer.
- Des chercheurs ont séquencé et analysé les génomes de trois espèces d'herbiers marins, révélant des adaptations uniques pour la survie en milieu marin.
- Les découvertes des chercheurs soulignent l'importance de la conservation et de la restauration des écosystèmes d'herbiers marins face aux menaces du changement climatique et autres impacts humains.
Un groupe worldwide de 38 chercheurs coordonné par le professeur Dr Yves Van de Peer, Université de Gand, Belgique, le professeur Dr Jeanine Olsen, Université de Groningen, Pays-Bas, le professeur Dr Thorsten Reusch, Centre GEOMAR Helmholtz pour la recherche océanique de Kiel, Allemagne, Dr Gabriele Procaccini, de la Stazione Zoologica Anton Dohrn de Naples, Italie, et du Joint Genome Institute, Berkeley, Californie, États-Unis d'Amérique, ont séquencé et analysé les génomes de trois des espèces d'herbiers marins les additionally importantes — l'herbe de Neptune endémique méditerranéenne emblématique ( Posidonia oceanica), l'herbe de Small Neptune (Cymodocea nodosa) largement répandue et l'herbe à tortue endémique des Caraïbes (Thalassia testudinum). Les chercheurs ont d’abord examiné la structure du génome, puis comparé les familles de gènes et les voies associées aux adaptations structurelles et physiologiques entre les herbiers marins et leurs mother and father d’eau douce.
Leurs découvertes sont présentées aujourd'hui dans une publication évaluée par des pairs dans la revue scientifique Character Plants, intitulée « Les génomes des herbiers marins révèlent une polyploïdie ancienne et des variations à l'environnement marin ».
Les écosystèmes basés sur les herbiers marins fournissent de multiples fonctions et products and services, par exemple en tant que safety contre l'érosion qui préserve les paysages marins côtiers, en tant que details chauds de la biodiversité pour les animaux et les algues associés et en tant que resolution naturelle pour l'atténuation du changement climatique en raison de leur capacité de stockage de carbone dans la biomasse souterraine. La conservation et la restauration font l’objet de recherches intensives, vehicle les herbiers marins disparaissent, tout comme les récifs coralliens, à induce du réchauffement climatique et d’autres impacts humains.
Comme le dit le proverbe : « De nombreuses mains/cerveaux facilitent le travail » : Pour commencer, le consortium de recherche a examiné en profondeur l'évolution de la structure des génomes eux-mêmes, suivi d'une analyse comparative de plus de 20 000 gènes et des voies pertinentes qui ont évolué vers des variations marines spécifiques. Ensuite, les 23 équipes de recherche collaboratrices se sont chacune concentrées sur différents ensembles de gènes structurels ou fonctionnels complémentaires, y compris leurs fonctions physiologiques. Une concern clé était de savoir si les variations génomiques se produisaient en parallèle ou si elles survenaient indépendamment et impliquaient peut-être même différents ensembles de gènes.
Le professeur Dr. Olsen souligne : « Les herbiers marins ont subi un ensemble d'variations extrêmement rares. Alors que la réadaptation aux environnements d'eau douce s'est produite furthermore de 200 fois dans l'histoire évolutive des plantes à fleurs – impliquant des centaines de lignées et des milliers d'espèces – les herbiers marins ont évolué à partir de leurs ancêtres d'eau douce seulement trois fois – impliquant 84 espèces. Pour ce faire, il fallait une tolérance écologique spécialisée, par exemple, à une salinité élevée, une lumière additionally faible, une huge gamme de tolérances de température, une seize sous-maritime du carbone pour la photosynthèse, une défense différente contre les agents pathogènes, une flexibilité structurelle et une pollinisation sous-marine.
L’un des résultats majeurs a été que les herbiers marins ont pu relancer une adaptation radicale by way of la duplication du génome, qui est souvent associée à un worry environnemental sévère.
« La comparaison des trois lignées indépendantes d'herbiers marins, y compris les lignées sœurs d'eau douce, a révélé une triplication ancienne et commune du génome entier il y a approximativement 86 hundreds of thousands d'années. C'était assez excitant motor vehicle de grandes functions de l'océan étaient dépourvues d'oxygène à cette époque et c'est aussi un événement unificateur. impliquant les trois lignées », explique le professeur Dr Van De Peer.
En outre, les chercheurs ont découvert que la rétention et l'enlargement de certaines familles de gènes pouvaient encore être retracées grâce à des blocs synténiques conservés jusqu'à ces premiers événements de duplication, par exemple des flavonoïdes pour assurer une safety contre les rayons ultraviolets et les champignons, tout en stimulant le recrutement de bactéries fixatrices d'azote cystéine oxydases élargies pour faire deal with aux sédiments hypoxiques et aux gènes associés aux horloges circadiennes. Les résultats ont également montré que les « gènes sauteurs » – éléments transposables – jouaient un rôle majeur dans la création de nouvelles variants génétiques sur lesquelles la sélection pouvait agir. Cela s'appliquait particulièrement aux grands génomes de Thalassia testudinum et de Posidonia oceanica.
L’équipe a également découvert que plusieurs variations étaient le résultat de la convergence. Cela s’appliquait principalement aux caractères devenus redondants ou préjudiciables dans un environnement marin submergé et très salin. La perte de gènes pour les stomates — les minuscules trous dans la floor des feuilles qui assurent les échanges gazeux avec l'atmosphère — la perte de gènes pour les substances volatiles et les signaux permettant de se défendre contre les agents pathogènes et de tolérer les vagues de chaleur marines, notamment les facteurs de choc thermique, sont des exemples convaincants d'« utilisation » ou je le perds. »
Le Dr Procaccini explique : « Il est clair que le réglage fin des voies de soutien a joué un rôle dominant, plutôt que les gènes assumant de nouvelles fonctions majeures. La tolérance au sel est un bon exemple dans lequel une in addition grande efficacité de plusieurs processus s'est produite pour réguler le sodium. le chlore et le potassium. Les changements évolutifs ont également donné à différentes espèces la capacité de résister à différents environnements.
Le professeur Dr. Reusch résume : « Les fonctions les moreover importantes sur le program écologique sont des characteristics complexes, impliquant l'interaction de nombreux gènes par des voies flexibles. Grâce aux outils génomiques désormais développés pour les herbiers marins clés, nous pouvons commencer à les tester et à les manipuler expérimentalement. Ceci est particulièrement critical pour la restauration. dans le cadre de scénarios de changement climatique impliquant bon nombre des conditions évoquées ici.
Les nouvelles ressources génomiques accéléreront les études expérimentales et fonctionnelles particulièrement pertinentes pour la gestion transformatrice et la restauration des écosystèmes d’herbiers marins. Ils constituent une formidable ressource pour la communauté des chercheurs.
