Une carence en phosphore induit une reproduction sexuée chez le dinoflagellé Prorocentrum cordatum

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14191 (2023) Citer cet article

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L'azote (N) et le phosphore (P) sont des éléments essentiels dont la disponibilité favorise la croissance réussie du phytoplancton et régit la productivité primaire aquatique. Dans cette étude, nous avons étudié l'effet d'une carence en N et/ou P sur la reproduction sexuée du Prorocentrum cordatum, le dinoflagellé au cycle de vie haplontique qui provoque des proliférations d'algues nuisibles dans le monde entier. Dans les cultures de P. cordatum, N et le déficit combiné en N et P ont conduit à l'arrêt du cycle cellulaire dans les phases G0/G1 et à l'atténuation de la croissance des cultures cellulaires. Nous avons observé que la carence en P, mais non en N, déclenchait la transition du cycle de vie de P. cordatum du stade végétatif au stade sexuel. Cela a entraîné une forte augmentation du pourcentage de cellules avec une teneur relative en ADN nucléaire de 2C (zygotes) et l'apparition de cellules avec une teneur relative en ADN nucléaire de 4C (zygotes en division). Une supplémentation ultérieure en phosphate a stimulé la méiose et a conduit à une augmentation notable du nombre de cellules 4C (zygotes en division). De plus, nous avons effectué une analyse des données transcriptomiques et identifié des transporteurs de phosphate putatifs et des enzymes impliqués dans l'absorption du phosphate et la régulation de son métabolisme par P. cordatum. Ceux-ci incluent les transporteurs de phosphate inorganique de haute et de faible affinité, la phosphatase alcaline atypique, les phosphatases acides violettes et les protéines contenant le domaine SPX.

Les dinoflagellés constituent l’un des groupes de protistes les plus importants contribuant à la production primaire marine, aux transferts de matière et d’énergie au sein des chaînes alimentaires aquatiques et à la formation de proliférations d’algues nuisibles dans le monde, également appelées « marées rouges »1, 2. Ces microalgues ont un complexe cycle de vie avec altération des stades végétatifs et sexuels transitoires. À la seule exception connue de Noctiluca3, les dinoflagellés typiques ont un cycle de vie haplontique. Dans certaines conditions environnementales, les cellules végétatives se différencient en gamètes qui fusionnent et forment un zygote diploïde. Ce dernier soit forme un kyste sexuel de repos, soit subit deux divisions méiotiques successives sans enkystement à long terme. Pendant la germination, les kystes sexuels au repos passent par la méiose4,5,6.

La recherche de facteurs régulant le passage du stade végétatif au stade sexuel du cycle de vie fait l'objet de recherches depuis plusieurs décennies. Chez certaines espèces, cette transition peut être spontanée. infection8,9,10,11. Les interactions entre les facteurs induisant la sexualité peuvent être complexes. Par exemple, chez Alexandrium minutum, l’effet combiné de trois facteurs, tels que la carence en P, la faible salinité et la température élevée, augmente significativement le rendement des planozygotes et des kystes sexuels au repos par rapport à l’effet de la seule carence en P et/ou N9. . La présence d’un partenaire sexuel approprié est également importante pour une reproduction sexuée réussie chez les espèces hétérothalliques12. Pour de nombreux dinoflagellés, le processus sexuel a été décrit dans des cultures exponentielles ou stationnaires tardives, caractérisées par une concentration cellulaire élevée et un épuisement des sources de nutriments . Chez les espèces hétérotrophes, comme Polykrikos kofoidii, l’absence de proies peut également induire la formation de gamètes7. En effet, la disponibilité des nutriments est susceptible de jouer un rôle clé dans la régulation des cycles de vie de ce groupe de protistes. Dans les cultures de la plupart des dinoflagellés, la sexualité peut être induite en diminuant ou en éliminant le N et/ou le P ou en modifiant leur rapport dans le milieu de culture8, 16.

Prorocentrum cordatum (synonyme taxonomique actuellement accepté de Prorocentrum minimum) est un dinoflagellé planctonique néritique et l'agent causal de proliférations d'algues nuisibles dans le monde entier17,18,19,20,21. Le cycle de vie de P. cordatum a été récemment décrit22. Différents stades sexuels, tels que la fusion des gamètes, des planozygotes et des zygotes se divisant par méiose, ont été observés dans la culture vieillissante, qui se développait sans ajout de milieu frais ni de nutriments pendant plus de 3 semaines. Cependant, les facteurs spécifiques qui déclenchent une transition de la reproduction végétative à la reproduction sexuelle n'ont pas été rapportés jusqu'à présent. Nous avons suggéré qu'une carence en N et/ou P pouvait déclencher la reproduction sexuée chez P. cordatum.