Décryptage complet du génome et des gènes de toxines des microalgues de la catastrophe de l’Oder

Au cours de l’été 2022, environ 1 000 tonnes de poissons, de moules et d’escargots sont morts dans l’Oder. Bien que la catastrophe ait été provoquée par l’homme, la cause immédiate de la mort était la toxine d’une microalgue dont le nom scientifique est Prymnesium parvum, souvent appelée « algue dorée ».

Depuis, ces organismes unicellulaires ont colonisé l’Oder de manière permanente. Une équipe de recherche dirigée par l’Institut Leibniz d’écologie des eaux douces et de la pêche intérieure (IGB) a maintenant séquencé le génome complet de la microalgue afin d’identifier les futurs facteurs de risque sous lesquels l’algue se multiplie et produit sa toxine. Ils ont pu identifier les séquences génétiques qui codent les toxines, une étape importante vers un système d’alerte précoce. L’étude est publiée dans la revue Biologie actuelle.

Prymnesium parvum sl (sensu lato), communément appelée algues dorées, regroupe un groupe entier de microalgues qui, bien que minuscules (5 à 10 micromètres), peuvent causer des dommages dévastateurs aux écosystèmes. En effet, ces algues peuvent produire des cytotoxines, appelées prymnésines. Celles-ci détruisent les branchies des poissons et des organismes filtreurs tels que les moules et les escargots, et attaquent également d’autres tissus corporels. Résultat : la mort par manque d’oxygène ou par insuffisance circulatoire.

Des études antérieures sur la morphologie et la génétique ont montré que Prymnesium parvum sl présente une grande diversité : il s’agit d’un complexe d’au moins 40 souches génétiquement distinctes qui diffèrent par la taille du génome et produisent des prymnésines spécifiques au type ainsi que des mélanges spécifiques à la souche de différentes variantes de prymnésine. Selon la production de toxines, trois clades sont distingués : A, B ou C. Jusqu’à présent, il n’existe qu’un seul génome de référence, celui de type A.

Relation étroite entre la microalgue ODER1 et les souches d’eau saumâtre du Danemark et de Norvège

Dans le cadre du projet ODER~SO, une équipe internationale dirigée par les chercheurs de l’IGB Dr. Heiner Kuhl, Dr. Jürgen Strassert, Prof. Dr. Michael Monaghan et PD Dr. Matthias Stöck a maintenant séquencé l’intégralité du génome de la souche Prymnesium parvum issue de la catastrophe de l’Oder et identifié les séquences génétiques responsables de la structure chimique des toxines et donc de leurs propriétés. La souche séquencée a été nommée ODER1 et fait partie du clade B.

Les chercheurs ont également créé un arbre phylogénétique de différentes souches de Prymnesium parvum. Il montre que la souche ODER1 est étroitement liée à une autre souche de type B, K-0081, isolée en 1985 dans des eaux saumâtres du nord-ouest du Danemark, ainsi qu’à d’autres souches de type B de Norvège (RCC3426, KAC-39 et K-0374). Cette similitude est due à la proximité géographique, mais ne fournit aucune information directe sur la manière dont l’algue a atteint l’Oder.

Génome de référence pour le suivi des proliférations d’algues

Suite au décryptage d’un génome de référence de type A et maintenant du génome de référence de type B, deux microalgues très différentes du groupe ont été couvertes ; le décryptage du génome de référence de type C est toujours en attente.

« Le décryptage du deuxième génome de référence de Prymnesium parvum sl fournit des informations importantes sur la base génétique et la variabilité structurelle des toxines. Il a récemment été démontré que le type de toxine influence la toxicité. Cela signifie que nous pouvons désormais estimer beaucoup mieux la toxicité potentielle des futures proliférations d’algues », a déclaré le Dr Strassert, co-auteur de l’étude.

Développer des méthodes moléculaires d’analyse des toxines et étudier les facteurs d’influence

À l’heure actuelle, il n’est pas possible de surveiller directement la formation de toxines. La toxine est trop diluée pour être mesurée dans l’eau et il n’existe pas de méthodes standard, même pour la clade A.

« L’une des prochaines étapes de l’équipe de l’IGB sera d’analyser la formation de toxines au niveau moléculaire en déterminant l’expression de gènes spécifiques de synthèse de toxines », a ajouté le Dr Kuhl, auteur principal de l’étude.

Les conditions environnementales jouent un rôle important à la fois dans la prolifération des algues et dans la production de toxines.

« Décoder les gènes de production de toxines est donc crucial pour analyser les conditions environnementales dans lesquelles les algues forment ces proliférations et produisent éventuellement des toxines spécifiques en différentes quantités », a déclaré le Dr Stöck, qui a dirigé l’étude.