Base génomique et transcriptomique de la diversité morphologique et du cycle de vie de l’algue prasinophyte Pseudoscourfieldia marina

De minuscules algues qui mènent deux vies très différentes

Dans l’océan ouvert, beaucoup des organismes les plus importants sont trop petits pour être vus à l’œil nu. Cette étude porte sur une algue verte unicellulaire nommée Pseudoscourfieldia marina qui peut présenter et se comporter de deux manières remarquablement différentes, alors que les deux formes appartiennent à la même espèce. En explorant son ADN et son ARN, les chercheur·e·s montrent comment un même plan génétique peut soutenir deux stades de vie distincts par leur forme, leur mode de vie et, possiblement, leur rôle écologique.

Une espèce, deux visages

Pseudoscourfieldia marina a longtemps intrigué les scientifiques car elle apparaît soit comme une minuscule sphère lisse et non flagellée, soit comme une cellule légèrement plus grande, ovale, couverte d’écailles et munie de deux flagelles battants. Classiquement, de telles différences suggéreraient deux espèces séparées. Des travaux antérieurs sur les compartiments producteurs d’énergie et photosynthétiques de ces cellules laissaient déjà entendre qu’il s’agissait du même organisme. Dans cette étude, les auteurs ont séquencé et comparé les principaux génomes nucléaires et les profils d’activité génique d’une souche coccoïde non flagellée et d’une souche écaillée flagellée afin de comprendre comment naissent ces formes contrastées.

Génomes semblables, réglages différents

Les deux souches se sont révélées partager des génomes très similaires. Elles possèdent presque le même nombre de chromosomes, le même ordre physique des gènes et les mêmes types de gènes. Elles diffèrent toutefois par le nombre de copies de chaque chromosome et par le niveau d’activité de leurs gènes. La souche ronde non nageuse est essentiellement diploïde, portant deux copies de chaque chromosome, tandis que la souche écaillée nageuse est principalement haploïde, avec une seule copie. Les deux souches portent également des chromosomes « atypiques » riches en séquences répétées et en éléments génétiques mobiles. Ces chromosomes spéciaux sont remplis de gènes impliqués dans la chimie des sucres et les molécules de surface cellulaire, et chez la souche flagellée beaucoup de ces gènes sont fortement actifs, suggérant que ces régions pourraient aider l’algue à ajuster rapidement son enveloppe externe, éventuellement en réponse aux virus.

Construire des flagelles et des revêtements

Une différence centrale entre les deux formes est la présence de flagelles battants et d’un revêtement complexe d’écailles chez les cellules nageuses. Les chercheur·e·s ont identifié 274 gènes qui construisent et animent les flagelles, incluant moteurs, éléments de charpente et machinerie de transport. Presque tous ces gènes sont présents et intacts dans les deux souches, mais dans la forme flagellée ils sont exprimés à des niveaux beaucoup plus élevés, tandis que dans la forme non flagellée ils sont pour la plupart silencieux. L’équipe a également retracé les étapes moléculaires qui produisent un sucre particulier, connu chez les plantes terrestres, qui constitue une partie clé du matériau des écailles. Ils ont trouvé des voies complètes pour la synthèse et le transport de ce sucre vers l’organite de tri interne de la cellule, ainsi que de grandes familles d’enzymes qui assemblent des structures complexes à base de sucres à la surface cellulaire. Ces enzymes sont particulièrement étendues et fortement actives dans la souche écaillée.

Un cycle sexuel caché

Au-delà de la forme et du mouvement, les données génomiques révèlent des indices d’un cycle de vie plus complexe que ce qui avait été observé jusque-là chez les algues vertes unicellulaires. Les auteurs ont retrouvé presque tous les gènes utilisés par d’autres organismes pour la méiose, le processus de division cellulaire qui réduit le nombre de chromosomes, ainsi que des gènes connus pour fusionner des cellules haploïdes en diploïdes. Bon nombre de ces gènes sont plus actifs dans la souche diploïde non nageuse, tandis que d’autres sont plus actifs dans la souche haploïde nageuse. Ce schéma suggère que les cellules coccoïdes lisses et les cellules écaillées flagellées représentent des stades alternants d’un cycle sexuel, chaque ploïdie étant liée à une façon de vivre distincte dans la colonne d’eau.

Pourquoi cela compte pour la vie océanique

En combinant la structure du génome et les profils d’utilisation des gènes, ce travail montre comment une algue unicellulaire peut basculer entre deux stades de vie qui diffèrent fortement par l’apparence et la fonction. Plutôt que d’exiger des espèces séparées ou des jeux de gènes complètement différents, Pseudoscourfieldia marina semble s’appuyer sur un contrôle flexible du moment et du lieu d’expression de ses gènes partagés, soutenu par des chromosomes dynamiques qui peuvent répondre aux virus et à d’autres stress. Ce type de complexité cachée chez de minuscules algues marines influe sur leur mobilité, leurs niches de prédilection et leurs interactions avec prédateurs, parasites et environnements changeants, ajoutant une nouvelle couche de richesse à notre compréhension de la vie dans les océans.

Citation: Crépeault, O., Turmel, M., Otis, C. et al. Genomic and transcriptomic basis of morphological and life cycle diversity in the prasinophyte alga Pseudoscourfieldia marina. Commun Biol 9, 719 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09965-5

Mots-clés: algues marines, cycle de vie, génome, morphologie cellulaire, expression génique