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Thèse soutenue

Phaeodactylum tricornutum : un nouveau modèle de diatomée pour l'étude du rôle du silicium dans le monde vivant ?

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Auteur / Autrice : Julien Desclés
Direction : Jean Houmard
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Structure, fonction et ingéniérie des protéines
Date : Soutenance en 2007
Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

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Les diatomées sont des microalgues unicellulaires qui ont des rôles écologiques essentiels dans les cycles biogéochimiques du carbone et aussi du silicium, grâce à leur exosquelette en silice appelé frustule. Nous avons travaillé sur l’espèce modèle Phaeodactylum tricornutum, dont le génome est en cours d’annotation, et qui a la particularité de se présenter sous trois morphotypes différents : fusiforme, triradié et ovale. Seule la forme ovale peut synthétiser un exosquelette silicifié. Dans un premier temps, nous avons cherché à purifier par des méthodes biochimiques directes les partenaires moléculaires associés à la frustule de P. Tricornutum. Cependant, les résultats obtenus ont mis en évidence des partenaires n’ayant sans doute qu’un rôle indirect dans la biominéralisation. Dans un deuxième temps, nous avons décidé de nous orienter vers des approches génétiques complémentaires. Un crible différentiel sur le morphotype ovale a été effectué et des gènes candidats impliqués directement ou indirectement dans la biominéralisation de la silice ont ainsi été identifiés et étudiés. Nous avons également réalisé une étude à large échelle sur le transcriptome de la souche fusiforme de P. Tricornutum par une approche d’ESTs (Expressed Sequence Tagged). Nous avons ainsi révélé une centaine de gènes pouvant être impliqués dans le métabolisme du silicium. La combinaison de ces deux approches génétiques nous a permis de mettre en évidence pour la première fois une possible réponse du chloroplaste à l’absence d’acide silicique, ce qui permet de proposer un rôle physiologique nouveau pour le silicium. De plus, trois gènes chloroplastiques spécifiques aux diatomées ont été révélés et étudiés ; il semble ainsi de manière surprenante que ces gènes soient activés dans le morphotype ovale lors de la biominéralisation de la silice et réprimés dans le morphotype fusiforme en présence d’acide silicique. D’autres informations intéressantes concernant l’évolution et la physiologie de P. Tricornutum ont également été apportées grâce aux ESTs, comme par exemple l’existence d’un transporteur de la bétaine qui a probablement été acquis par transfert à partir de cellules procaryotes, et qui est devenu, au vu de son ubiquité et de son niveau relatif d’expression, extrêmement important chez cette diatomée. Afin de développer le modèle P. Tricornutum nous avons également développé de nouveaux marqueurs fluorescents de la silice. Après un large test de marqueurs potentiels, nous avons démontré la capacité d’utilisation d’un nouveau traceur de la silice mais également d’une autre méthode originale de marquage permettant de combiner les types et les couleurs de marquage. Ces outils s’avèreront sans doute importants pour de futures études de la dynamique du processus de biosynthèse de la frustule et plus généralement de la biominéralisation de la silice dans le monde vivant.