Master d’Océanographie UE 106 ‘Diversité des organismes marins’ (DOM) Le transfert horizontal du gène algal nucléaire psbO dans la limace de mer photosynthétique Elysia chlorotica. GINELLA Alizée OURGAUD Mélanie M1 Océanographie BEM 2009/2010

Vaucheria litorea, Agardh 1823 Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion Conclusion Vaucheria litorea, Agardh 1823 Domaine Eukaryota Règne Chromista Sub règne Chromobionta Infra règne Heterokonta Embranchement Ocrophyta Classe Xanthophyceae Ordre Vaucheriales Famille Vaucheriaceae Genre Vaucheria Espèce litorea 0,5mm

Elysia chlorotica, Gould 1870 Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion Conclusion Elysia chlorotica, Gould 1870 Domaine Eukaryota Règne Animalia Embranchement Mollusca Classe Gastropoda Sub classe Heterobranchia Infra classe Opistobranchia Ordre Sacoglossa Famille Elysiidae Genre Elysia Espèce chlorotica 5 mm

Elysia chlorotica un animal photosynthétique ? Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion Conclusion Elysia chlorotica un animal photosynthétique ? Acquiert couleur vert émeraude grâce à sa capacité photosynthétique. Plastes intégrés sont stockés intra-cellulairement dans les cellules de l’épithélium du diverticule digestif. Les plastes de la limace sont actifs tout au long de sa vie, soit 9 à 10 mois. Pas de noyau algal, donc nouvelle source de protéines nucléaires codée pour le plaste cible par la limace. D’après Rumpho et al.,2000. Plant Physiol 123:29-38 D’après Trench RK, 1975 of « leaves that crawl » pp 229-265 D’après Rumpho et al., 2001. Zoology 104:303-312 D’après Green BJ et al., 2000. Plant physiol 124:331-342

Le transfert horizontal du gène (HGT) algal nucléaire psbO Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion Conclusion Le transfert horizontal du gène (HGT) algal nucléaire psbO psbO HGT psbO ADN cellulaire ADN cellulaire Insertion du gène étranger (psbO) dans le genome d’E. Chlorotica

Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion Conclusion Hypothèse posée : les gènes nucléaires psbO de l’algue codant essentiellement pour les protéines indispensables aux plastes sont présents dans Elysia chlorotica, sans doute via un HGT. Existence d’un inter-domaine HGT de psbO, codant pour la protéine stabilisatrice de manganèse = MSP. Réalisation d’une PCR pour déterminer si l’ADN mitochondrial d’Elysia chlorotica sert de cible pour n’importe quel gène étranger  cartographie de la séquence complète. Réalisation d’une PCR des ADN complementaires de l’algue et de la limace 5 mois après la prédation de l’algue. Rappel PCR = fragment obtenu grâce au séquençage des bases élémentaires de psbO et amplifié par PCR à partir d’ADN.

= Amorce = point de départ de la synthèse du brin complémentaire. Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion Conclusion Amorce = point de départ de la synthèse du brin complémentaire. Après PCR ADN mitochondrial : 0,0125% de chance pour une insertion HGT dans l’ADN mitochondrial d’Elysia chlorotica  HGT du gène nucléaire psbO. Après PCR ADN complémentaire : Amorce du psbO de l’ADNc Vaucheria litorea Amorce du psbO de l’ADNc Elysia chlorotica PCR dans les œufs d’Elysia chlorotica  production ADN et ARN animal. Nous avons donc la preuve qu’il n’y a pas contamination du génome de la limace avec les restes de noyaux algaux ingérés. =

Carte du ptADN de Vaucheria litorea Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion Conclusion Séquençage ADN plastidial Vaucheria litorea : 115 341 pb = 169 gènes Absence du gène psbO dans le plaste et de sa protéine codante MSP. Carte du ptADN de Vaucheria litorea 8

Vaucheria litorea seule source de plaste dans la limace Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion Conclusion Pas de transmission héréditaire : acquisition précoce dans le développement pour passer à l’état adulte Vaucheria litorea seule source de plaste dans la limace MSP : protéine stabilisatrice du manganèse dans le plaste (codée par psbO) essentielle a la photosynthèse oxygénique. Gène psbO absent des génomes animaux. Lee RE., 1989. Phycology pp 507-522

A : Larve veligere nageante de Elysia chlorotica Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion Conclusion A : Larve veligere nageante de Elysia chlorotica B : Limace de mer juvénile métamorphosée C : Jeune limace de mer adulte D : Limace de mer adulte 1mm 3mm 5mm 5mm Culture en laboratoire de Elysia chlorotica 10

Phyllodesmium longicirrum Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion Conclusion Phyllodesmium longicirrum Les adeptes de la kleptoplastie renouvellent en permanence leur stock de chloroplastes en avalant de nouveaux organismes photosynthétiques. « Elysia chlorotica nous éclaire sur la façon dont la photosynthèse s’est ensuite transmise au cours de l’évolution notamment aux végétaux ». 10 mm Selon l’analyse de C. F. Boudouresque (Science & Vie, mars 2009, n°1098) www.agaudi.wordpress.com Elysia crispata Suite à ces découvertes, la perspective de HGT, entre 2 organismes relativement proches doit être considérée possible. C’est particulièrement vrai pour le cas des OGM. Insertion du gène psbO dans la cellule de limace : Par hasard Ou via un virus. 5 mm www.dkimages.com

Introduction Matériels et méthodes Résultats Discussion Conclusion Dans la nature, ce cas de transfert horizontal de gène par opposition au transfert vertical qui, lui, s’effectue d’une génération à l’autre est très rare entre deux espèces différentes (surtout chez les eucaryotes). Elysia chlorotica est un organisme photosynthétique obligatoire. Le HGT contribue à la survie à long terme et au fonctionnement des plastes de Vaucheria litorea dans Elysia chlorotica. Perspectives : Localisation chromosomique. Etablir comment ce gène a été activé dans le mollusque. Identifier le mécanisme d’optimisation de la synthèse des protéines plastidiales de la limace. D’après le cours Diversité des Organismes Marins, C.F Boudouresque, 2009. E. Chlorotica n’a pas fini de questionner la communauté scientifique qui va désormais tenter de décrypter le mécanisme d’insertion du gène : au hasard ou via un virus.

Bibliographie Boudouresque C.F, 2009. Origine, évolution et biocycle des Eucaryotes. Cours de diversité des organismes marins. Marseille. Mujer C.V et al.,1996. Chloroplast genes are expressed during intracellular symbiotic association of Vaucheria litorea plastids with the sea slug Elysia chlorotica, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 93, 12333-12338 Rumpho M.E , Worful J.M, Lee J , Kannan K , Tyler M.S , Bhattacharya D , Moustafa A , Manhart J.R , 2008. Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psb0 to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica. Proc. nation. Acad. Sci., USA, 105 (46) : 17867-17871. Rumpho M.E , Summer E.J , Green B.J , Fox T.C and Manhart J.R , 2001. Mollusc/algal chloroplast symbiosis: how can isolated chloroplasts continue to function for months in the cytosol of a sea Slug in the absence of an algal nucleus? Zoology 104: 303–312 http://www.marinespecies.org/aphia.php?p=taxdetails&id=144303

Nous remercions tout particulièrement Mary RUMPHO d’avoir pris le temps de bien vouloir répondre à nos questions.

Merci de votre attention.