Le 10/12/09 Horizontal gene transfer of an entire metabolic pathway between a eukaryotic alga and its DNA virus Genome Res. 2009 19: 1441-1449 originally published online May 18, 2009 Brune Justine Carturan Bruno M1 BEM COM

Transfert horizontal de gènes d’une voie métabolique complète entre une algue eucaryote et son virus à ADN Auteurs: Adam Monier, Anto´nio Pagarete, Colomban de Vargas, Michael J.Allen,Betsy Read, Jean-Michel Claverie,et Hiroyuki Ogata

Cadre de l’étude •Organismes photosynthétiques de l’océan : ½ de l’O2 total de la planète. •Rapidité de cycles de reproduction et de mort Diatomées Haptobiontes( Scyphospahaera apsteeinii) Cyanobactérie (Anabaena sperica)

L’organisme eucaryote concerné: Emiliana huxleyi Eucaryotes Chromalvéolés Haptobiontes Nommée algue ou microalgue Emiliana huxleyi Endosymbiose secondaire « voie rouge »   ScanningElectron Microscopy picture of Emiliania huxleyi

L’organisme eucaryote concerné: Emiliana huxleyi Eucaryotes Chromalvéolés Haptobiontes Nommée algue ou microalgue Emiliana huxleyi Endosymbiose secondaire « voie rouge »   ScanningElectron Microscopy picture of Emiliania huxleyi

L’organisme eucaryote concerné: Emiliana huxleyi Eucaryotes Chromalvéolés Haptobiontes Nommée algue ou microalgue Emiliana huxleyi Endosymbiose secondaire « voie rouge »   ScanningElectron Microscopy picture of Emiliania huxleyi

Importance écologique d’Emiliana huxleyi •Coccolithophoridés le plus présent: formation de gigantesques blooms. •Les craies du Crétacé sont formées de coccolithes sédimentés: puits de carbone dans l'océan. Bloom planctonique à Emiliana huxleyi en 1999 (Al Said, 2005) Falaises de Douvres(Angleterre)

Interactions eucaryotes océaniques et virus •Virus éliminent chaque jour 20 à 40 % masse des micro-organismes marins de surface •10 23 infections virales / seconde (Cours Claverie, 2009) •Renouvellement du phytoplancton tous les 4 jours Emiliania huxleyi couverte par ses exosquelettes en carbonate de calcium et le virus géant EhV icosaédrique (© Miguel FRADA et Glynn GORICK)

Carte d’identité du « tueur » •EhV souche EhV86 •Virus géant à morphologie icosahedrale •Groupe monophylétique dans Phycodnaviridae •Coccolithovirus •Coccolithovirinae( CLAVERIE,2008)

•ADN double brin (après Acanthamoeba polyphaga, La Scola B et al, 2008) •407 kilos paires de bases •Code pour 472 protéines Acanthamoeba polyphaga

Les enzymes sphingolipidiques SPT Serine palmitoyltransferase LAG1 Dihydroceramide desaturase FAD Dihydroceramide desaturase LPP Sphingosine 1 phosphate phosphatase DsD1-Like Fatty acid desaturase Aco1-like Fatty acid desaturase Sterol desaturase 3KSR 3-Ketosphinganine reductase

ROUGE: Enzymes présentes chez E.huxleyi ET EhV86. VERT: Enzymes présentes SEULEMENT chez E.huxleyi. A model of de novo sphingolipid/ceramide biosynthesis pathway.

Rôles des sphingolipides Très étudiés chez les mammifères et les levures: •Régulation cellulaire •Apoptose(= mort cellulaire programmée)

Questions soulevées par les scientifiques • Gènes présents chez TOUS les eucaryotes mais présent QUE chez EhV : suggère un HGT (Prochlorococcus et Myoviridae, Ostreococcus tauri et son virus OtV5). • L’hypothèse :HGT serait à l’origine des gènes de la biosynthèse des sphingolipides chez EhV. • Quel est le sens du transfert?(hôte-virus ou virus-hôte) • Quel est le rôle des sphingolipides chez EhV 86, quel est l’avantage selectif?

Preuves d’un transfert Horizontal de gènes  Recherche de ces gènes chez Eh V-86  Étude de similarité entre les gènes de Eh V-86 et E.huxleyi 18

PCR SPT LAG1 3-KSR ? Dsd1-like FAD LPP Transmembrane fatty acide elongation proteine Sterol desaturase Aco-1 like 3-KSR ? 19

Transfert horizontal de gènes GenBank LAG1 : 100 % SPT (LCB1) : 96% Dsd1-like FAD : 100% LPP : 60% Transmembrane fatty acide elongation proteine : 91% Sterol desaturase : 100% Aco-1 like : 59% Transfert horizontal de gènes LAG1 20

Rôle des enzymes sphingolipidiques de Eh V Etude de leur fonctionnalité Hypothèses de leurs fonctions chez Eh V 21

Etude du taux d’évolution des gènes en fonction de l’origine géographique (PCR pour 6 des gènes) E.Huxleyi : grande similarité Fjord d’Oslo 1959 Golfe de Maine 1989 Large Pérou 1991 Méditerranée (Espagne) 1998 (France) 2006 Mer du Japon 2006 Eh V : 2 groupes N Gpe I : 3 Manches 1999 3 Norvège 2000&2003 Gpe II : 5 Manches 2001 SPT 22

Etude pression sélective Comparaison Ka/Ks entre Eh V-86 et Eh V-163 (gpe I) SPT LAG1 Dsd1-like FAD LPP 23

Etude pression sélective Comparaison Ka/Ks entre Groupe 1 et 2 de Eh V SPT LAG1 Dsd1-like FAD Aco1-like FAD LPP 24

Pression de sélection négative Gènes fonctionnels et nécessaires à Eh V 25

Sens du Transfert : Eh V ? E.huxleyi 26

Plus parcimonieux VH HV Eh V Eucaryotes primitif primitifs -Théorie de l’Eucaryogénèse -Moins d’étapes de transferts (génome virus plus petit) - Nécessité de co-évolution E.huxleyi Autres lignées eucaryotes Eh V primitif Eucaryotes primitifs HV -Acquisition des gènes par étapes Gènes non présents chez autres virus E.huxleyi Autres lignées eucaryotes Plus parcimonieux 27

Rôle des sphingolipides: Solution d’adaptation de Eh V • Contrôle du cycle de vie de l’hôte : prolonger l’infection + lyse cellulaire • Interactions membranaires : facilitent l'infection et la libération des nouveaux virions 28

Conclusion •Transfert horizontale de ces gènes entre les ancêtres de Eh V et E.huxleyi. •Probablement de E.huxleyi à Eh V. •Evolution du génome par étapes. •Phénomène d’adaptation de Eh V. 29

Communiqué Presse , Paris 16 octobre 2008 Cellule diploïde calcifiante et cellule haploïde, non-calcifiante et flagellée permet d'échapper à l'attaque des virus. Le sexe est donc une stratégie anti-virale chez le coccolithophore Emiliania huxleyi. Communiqué Presse , Paris 16 octobre 2008 www2.cnrs.fr/presse/communique/1435.htm

Red Queen / Cheshire Cat (Roman Lewis Caroll) Course à la survie Phase haploïde d’Emiliana huxleyi « Mais, Reine Rouge, c'est étrange, nous courons vite et le paysage autour de nous ne change pas ? » Et la reine répondit : « Nous courons pour rester à la même place. »

Claverie J-M.Short report Giant viruses in the oceans: the 4th Algal Virus Workshop. COLOMBAN DE VARGAS, MARIE-PIERRE AUBRY, IAN PROBERT, JEREMY YOUNG Origin and Evolution of Coccolithophores: From Coastal Hunters to Oceanic Farmers. J.B. Larsen, A. Larsen, G. Bratbak, and R.-A. Sandaa.Phylogenetic analysis of members of the Phycodnaviridae virus family using amplified fragments of the Major Capsid Protein gene. Department of Biology, University of Bergen, P.O. Box 7800, N-5020 Bergen, Norway. • Jose´ F. Fahrni,* Ignacio Bolivar,* Ce´dric Berney,* Elena Nassonova, Alexey Smirnov, and Jan Pawlowski*. 2003. Phylogeny of Lobose Amoebae Based on Actin and Small-Subunit Ribosomal RNA Genes, Mol. Biol. Evol. 20(11):1881–1886. La Scola B., Desnues C., Pagnier I., Robert C., Barrassi L., Fournous G., Merchat M., Suzan-Monti M., Forterre P., Koonin E., Raoult Didier. 2008. The virophage as a unique parasite of the giant mimivirus. Nature, 2008, 455 (7209), p. 100-NIL_65. Michael J. Allen, Declan C. Schroeder, Matthew T. G. Holden and William H. Wilson. Evolutionary History of the Coccolithoviridae. Michael J Allen, Julie A Howard, Kathryn S Lilley and William H Wilson .Proteomic analysis of the EhV-86 virion.   Michael J Allen, Declan C Schroeder, Andrew Donkin, Katharine J Crawfurd and William H Wilson. Genome comparison of two Coccolithoviruses. Michael. J. Allen, D. C. Schroeder, andW. H.Wilson. Preliminary characterisation of repeat families in the genome of EhV-86, a giant algal virus that infects the marine microalga Emiliania huxleyi.