Paris, 18 octobre 2013

Forêt amazonienne : le premier inventaire à grande échelle révèle une hyper dominance de 227 espèces d'arbres
Une étude internationale, à laquelle ont participé des scientifiques de l'IRD, de l'INRA, du CNRS et du Cirad, avec l'appui de l'herbier IRD de Guyane, vient de dresser le premier inventaire à large échelle des arbres du bassin amazonien. Les chercheurs montrent que la première forêt tropicale humide du monde est composée de près de 390 milliards d'arbres appartenant à environ 16 000 espèces différentes. Ils révèlent que 227 espèces seulement sont hyper dominantes et représentent plus de la moitié des arbres de l'Amazonie. Ces résultats, qui ont également permis d'estimer à 11 000 le nombre d'espèces rares, sont publiés le 18 octobre 2013 dans la revue Science, sous forme d'un article de synthèse.

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Paris, 26 avril 2012

Une nouvelle espèce de bactérie forme des minéraux intracellulaires
Une nouvelle espèce de bactérie photosynthétique vient d'être mise en évidence : elle est capable de contrôler la formation de minéraux (carbonates de calcium, magnésium, baryum, strontium), à l'intérieur même de son organisme. Publiée dans Science le 27 avril 2012, une étude menée par des chercheurs français(1) révèle l'existence de ce nouveau type de biominéralisation dont le mécanisme est encore inconnu. Cette découverte a d'importantes implications pour l'interprétation du registre fossile ancien.
Les cyanobactéries focalisent depuis longtemps l'attention des scientifiques. Capables de photosynthèse(2), ces micro-organismes ont joué un rôle majeur dans l'histoire de la Terre, conduisant notamment à l'oxygénation de l'atmosphère. Certaines cyanobactéries sont capables de former des carbonates de calcium(3) à l'extérieur de leur cellule, notamment celles associées aux stromatolites, des roches carbonées qui datent d'environ 3,5 milliards d'années et comptent parmi les plus anciennes traces de vie sur Terre. Des cyanobactéries fossiles pourraient donc se retrouver au sein de ce type de formation. Pourtant, les premières cyanobactéries fossiles datent seulement de 700 millions d'années bien après le début de l'oxygénation de la Terre qui remonterait à 2,3 milliards d'années. Pourquoi un tel laps de temps ?

Une équipe française(1) vient peut-être d'apporter une réponse. Dans des stromatolites recueillis dans un lac de cratère mexicain et cultivés au laboratoire, les scientifiques ont mis en évidence une nouvelle espèce de cyanobactérie, baptisée Candidatus Gloeomargarita lithophora. Ce micro-organisme est issu d'une lignée qui a divergé précocement chez les cyanobactéries. Sa principale caractéristique : grâce à un mécanisme de biominéralisation encore inconnu, cette cyanobactérie fabrique des nanoparticules de carbonate de calcium intracellulaires, d'environ 270 nanomètres (soit 270 milliardièmes de mètres). Si l'on connaissait l'existence de cyanobactéries capables de former du carbonate de calcium extracellulaire au sein des stromatolites, c'est la première fois que l'on révèle une formation à l'intérieur de la cellule. Autre particularité de cette nouvelle espèce : elle accumule le strontium et le baryum pour l'incorporer aux carbonates.

Cette découverte a d'importantes implications pour l'interprétation du registre fossile ancien. En effet, si les cyanobactéries associées aux stromatolites formaient des carbonates à l'intérieur de leurs cellules et non pas à l'extérieur, elles n'auraient pas été préservées dans le registre fossile et pourraient expliquer le laps de temps entre leur apparition (il y a au moins 2,3 milliards d'années) et les plus vieux fossiles retrouvés (il y a 700 millions d'années). Reste désormais à découvrir pourquoi et comment cette cyanobactérie fabrique ce carbonate de calcium.

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Paris, 15 NOVEMBRE 2010

Une horloge biologique à l'heure quel que soit l'éclairement
Comment les horloges biologiques peuvent-elles se synchroniser avec précision au cycle jour/nuit sans tenir compte des fluctuations extrêmes d'éclairement au cours d'une même journée et d'un jour à l'autre ? L'analyse mathématique des profils d'activité de deux gènes centraux de l'horloge biologique d'une algue verte microscopique vient d'être réalisée par des chercheurs de l'Observatoire océanologique de Banyuls (CNRS/UPMC), du Laboratoire de physique des lasers, atomes, molécules (CNRS/Université Lille 1) et de l'Institut de recherche interdisciplinaire (CNRS/ Universités Lille 1 et 2). Cette étude révèle que l'horloge biologique n'est sensible à l'éclairement que si elle se trouve décalée et doit être remise à l'heure. Ces travaux viennent d'être publiés dans la revue PloS Computational Biology.
L'alternance jour/nuit induit des variations périodiques de l'environnement (lumière, température) que la plupart des organismes vivants, dont l'homme, anticipent grâce à une horloge interne dite circadienne.  Ces horloges tournent sur une période proche des 24 heures que dure le cycle lumière/obscurité. Les rouages de ces horloges sont des gènes qui interagissent afin de moduler réciproquement leur activité : par exemple, un  gène  « A » produit des protéines qui activent un gène « B », qui produit à son tour des protéines qui quand elles sont actives, inactivent le gène « A », et ainsi de suite. L'activité de ces gènes oscille ainsi spontanément, avec une période proche des 24 heures.  Dans la cellule, on peut ainsi avoir une indication de l'heure qu'il est en mesurant la concentration de ces protéines et donc leur activité.
Pour que cette oscillation biochimique soit calée sur le cycle jour/nuit, cela suppose que l'un des acteurs moléculaires, au moins, soit sensible à la lumière.  Et ce d'autant plus que les moments clés que sont le lever du jour et la tombée de la nuit varient tout au long de l'année.  Certaines protéines sont par exemple dégradées plus rapidement le soir, d'autres produites plus activement le matin. Or, l'éclairement solaire peut fluctuer fortement d'un jour à l'autre ou même dans une journée, en fonction de la couverture nuageuse. Ces variations devraient donc décaler l'horloge aléatoirement, la rendant inopérante… Une collaboration entre des biologistes et des physiciens vient de mettre en évidence un mécanisme simple qui résout ce mystère.
Des chercheurs de l'Observatoire océanologique de Banyuls (CNRS/UPMC) ont analysé l'horloge biologique de l'algue verte unicellulaire Ostreococcus tauri (1) dont les propriétés principales peuvent être expliquées par  un oscillateur à deux gènes. Ils ont mesuré l'activité de ces deux gènes et des protéines qu'ils produisent à intervalles réguliers (toutes les deux/trois heures) pendant 24 heures. Les chercheurs du Laboratoire de physique des lasers, atomes, molécules (CNRS/Université Lille 1) et de l'Institut de recherche interdisciplinaire (CNRS/Universités Lille 1 et 2) ont ensuite construit des modèles mathématiques pour essayer de reproduire les courbes d'activité obtenues. Le modèle le plus simple colle parfaitement aux données : les deux gènes se régulent réciproquement et constituent un oscillateur qui se cale précisément sur le cycle d'éclairement, auquel il doit donc être sensible.
Mais paradoxalement, ce modèle mathématique n'est couplé que de manière exceptionnelle à la lumière : l'étude montre que le couplage à la lumière n'est activé qu'à certaines heures bien précises de la journée. En dehors de ces moments, la lumière n'a pas d'effet sur la synthèse et la dégradation des protéines mesurées, et donc sur leurs concentrations car l'information sur la luminosité ne parvient pas jusqu'à l'oscillateur. Mais ce n'est pas tout ! Le moment où le couplage est activé, tout au moins lorsque l'horloge est à l'heure, coïncide avec une période d'insensibilité de l'oscillateur aux perturbations externes. Ce dernier peut en effet être comparé à une balançoire qui est animée d'un mouvement périodique. En fonction du moment où l'on pousse cette balançoire, l'action peut soit ralentir le mouvement, soit l'accélérer, soit être sans aucun effet.
Grâce à ce minutage astucieux, l'horloge, lorsqu'elle est à l'heure, est aveugle au cycle jour/nuit, et donc aux fluctuations lumineuses liées à un épisode nuageux. En revanche, si l'horloge vient à se décaler (par exemple dans le cas d'un décalage horaire ou plus simplement par simple déréglage), le couplage à la lumière intervient dans une phase différente de l'oscillation, et peut alors agir sur l'oscillateur pour le remettre à l'heure. C'est donc un mécanisme dynamique simple qui explique la robustesse observée dans les horloges biologiques.
Les chercheurs vont désormais voir si ces résultats peuvent s'appliquer à toutes les horloges biologiques, notamment chez l'homme, où une quinzaine de gènes sont impliqués. Les modèles existants ne prennent pas en compte la fluctuation de la luminosité au cours de la journée et d'un jour à l'autre. En les soumettant à de telles perturbations, les scientifiques pourront tester la robustesse de ces modèles.

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Paris, 12 JUIN 2013

Le génome d'Emiliania enfin décrypté
Le génome d'Emiliania huxleyi, une espèce emblématique du phytoplancton marin, a été déchiffré pour la première fois par un consortium international impliquant des équipes françaises principalement du CNRS, de l'UPMC, de l'Inra, d'Aix-Marseille Université et de l'ENS1. Les scientifiques ont découvert que le génome de ce micro-organisme marin unicellulaire extrêmement abondant contient au moins un tiers de gènes en plus que le génome humain, tout en étant vingt fois plus petit. Autre surprise : il est très complexe, ce qui fournirait à Emiliania une importante capacité d'adaptation. Le séquençage a été réalisé au Department of Energy Joint Genome Institute aux Etats-Unis. Ces travaux font l'objet d'un article dans la revue Nature le 13 juin 2013.
Les océans sont responsables de plus de la moitié de la production d'oxygène de la planète grâce à l'activité de photosynthèse du phytoplancton (ou plancton végétal) marin. Responsables de la majorité de cette photosynthèse océanique, les protistes, des micro-organismes marins eucaryotes (avec un noyau), unicellulaires et parfois photosynthétiques restent méconnus. Ni bactérie, ni virus, ni plante, ni animal à proprement parlé, les protistes présentent une grande plasticité tant anatomique que physiologique, et un métabolisme complexe. Emiliania huxleyi est un protiste appartenant à la lignée des haptophytes2. De par son extrême abondance, cette toute petite cellule planctonique forme une espèce emblématique du phytoplancton marin. Dotée de métabolismes fondamentaux variés (photosynthèse, calcification, etc.), elle est connue pour son micro-squelette calcaire qui rend l'océan blanc-laiteux et visible depuis l'espace, lorsque les cellules se multiplient en gigantesques efflorescences.

Pour décrypter le génome d'Emiliania, premier génome d'haptophyte séquencé, les scientifiques ont utilisé treize souches de cette espèce provenant de tous les océans qui ont ensuite été isolées dans différents laboratoires (certaines proviennent de la riche collection de la station biologique de Roscoff qui contient plus de 500 références d'Emiliania). Première découverte, le génome d'Emiliania huxleyi est vingt fois plus petit que le génome humain : il est constitué de 141 millions de bases (le génome des diatomées a environ 24  millions de bases et le génome humain environ 3 200 millions). Mais, surprise, il contient au moins un tiers de gènes en plus que le génome humain. En effet, le consortium international a mis en évidence la présence de plus de 30 000 gènes codant pour toutes sortes de protéines et de fonctions, dont plus de la moitié sont totalement inconnues dans les bases de données génétiques existantes.

D'autre part, les treize souches séquencées, que l'on croyait relativement proches, ne partagent en moyenne que 75% de leurs gènes : on pourrait parler de génome-cœur d'Emiliania. Ainsi, 25% des gènes ne sont présents que dans certaines souches : ce génome « permutable » est composé des gènes spécifiques à certaines souches. Cette configuration en « pan-génome » (avec un génome-cœur entouré d'un génome permutable) est typique des bactéries et des archées. Sa genèse chez Emiliania doit encore être documentée. La présence d'une telle proportion de gènes spécifiques à certaines souches est remarquable pour un organisme eucaryote sexué. Elle offre sans nul doute à Emiliania une flexibilité génomique et des capacités d'adaptation élevées.

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