Contribution du réseau métabolique d’Ectocarpus siliculosus pour améliorer les connaissances sur la physiologie des algues brunes

Dans ce chapitre nous présenterons tout d’abord les spécificités du métabolisme d’Ecto-carpus siliculosus (partie 4.1) avant d’étudier la reconstruction de certaines voies métaboliques importantes chez Ectocarpus siliculosus (partie 4.2). Nous continuerons par l’ana- lyse de voies métaboliques mieux connues grâce à l’analyse du réseau métabolique reconstruit dans la partie 4.3, avant de terminer par l’étude de la réannotation de gène permise par la reconstruction du réseau métabolique (partie 4.4). La majorité des apports biologiques présentés dans ce chapitre ont été publiés en 2014 dans Plant Journal [PCDEctocarpus siliculosus est une algue brune possédant plusieurs spécificités la rendant intéressante à étudier, particulièrement d’un point de vue de biologie systémique. Tout d’abord son génome (et donc son métabolisme) est le résultat d’une endosymbiose se- condaire et de nombreux transferts latéraux de gènes [CSRD’autre part, les algues brunes sont sujettes à de fortes influences de leur environne- ment sur leurs capacités métaboliques. Elles ont ainsi développé des adaptations métabo- liques en rapport avec leur habitat, c’est à dire la zone intertidale. Il est également intéres- sant de remarquer qu’une souche d’Ectocarpus a été découverte vivant dans de l’eau douce en Australie [WK96], entraînant une série d’études passionnantes sur les capacités d’adap- tation et d’acclimatation de cette algue aux stress salins.

Ceci n’est pas spécifiques aux algues brunes, mais complexifie l’annotation de génomes. La création de réseaux métaboliques peut aider à la réannotation de génomes lorsque l’on se trouve face à de telles réactions pour lesquelles les enzymes mises en jeu ne peuvent pas être identifiées par similarité de séquence.De plus il n’est pas possible de réaliser de modification génétique directe ou inverse chez Ectocarpus siliculosus . Il est donc difficile d’analyser la fonction physiologique ainsi que l’influence de certains gènes in vivo in vivo. La reconstitution de voies métaboliques in silico permet d’identifier certains gènes d’intérêt pour guider les futures expérimentations in vitro ou in vivo.Enfin Ectocarpus siliculosus ne se développe pas seule dans son environnement, mais est associée à de nombreux autres organismes, notamment des bactéries. Pour certains su- jets d’étude, il sera donc insuffisant de se concentrer uniquement sur l’algue. Il faudra étu- dier l’holobionte dans son ensemble et cela sera grandement simplifié par la création ulté- rieure de méta-réseaux métaboliques impliquant différents organismes.Afin d’avoir une idée générale de la qualité de la reconstruction automatique du réseau métabolique d’Ectocarpus siliculosus , nous avons analysé en détail deux voies métabo- liques typiques des algues brunes, le cycle du mannitol et la synthèse des alginates.

Ces deux voies sont indispensables au métabolisme de l’algue, le mannitol étant utilisé comme forme de stockage du carbone et les alginates étant des composants majeurs de la matrice extracellulaire.10b], à partir du fructose-6-phosphate produit par la photosynthèse, la première étape consiste en l’action d’une mannose-6-phosphate isomérase pour produire du mannose- 6-phosphate. Celui-ci est ensuite transformé en mannose-1-phosphate par une phospho- mannomutase et servira à produire du GDP-mannose par une mannose-1-phosphate gua- nylyltransférase. Ce GDP-mannose sera ensuite transformé en acide GDP-mannuronique par une GDP-mannose 6-déshydrogénase avant de produire du mannuronane par une man- nuronane synthase. Enfin ce mannuronane produira de l’alginate par une mannuronate C5 épimérase. L’ensemble de ces informations est représenté dans la partie gauche de la figure 4.1. Différents gènes candidats existent pour presque toutes ces réactions, seule la trans- formation du mannose-1-phosphate en GDP-mannose n’est pour l’instant supportée par aucun gène. Les quatre premières réactions de cette voie de synthèse des alginates ont été bien re- trouvées lors de la reconstruction du réseau métabolique. Les gènes proposés sont quasi- ment équivalents, nous proposons un candidat supplémentaire pour la réaction de trans- formation du mannose-6-phosphate en mannose-1-phosphate.

Une analyse plus poussée reconstruction du réseau pour différentes raisons. Tout d’abord les gènes correspondant ne possèdent pas de numéro E.C. dans leur annotation, rendant difficile leur identification et leur assignation lors de l’étape d’étude des annotations pour la reconstruction du réseau. De plus, l’alginate ne faisant pas partie des molécules cibles utilisées lors de la complétion de l’ébauche métabolique par Meneco, les réactions enzymatiques associées à cette voie métabolique n’ont pas été considérées pour la complétion du réseau.10a]. Ces réactions sont présen- tées dans la partie gauche de la figure 4.2. La première réaction consiste à transformer le fructose-6-phosphate en mannitol-1-phosphate à l’aide d’une mannitol-1-phosphate déshy- drogénase. Le mannitol-1-phosphate sert ensuite à la production de mannitol grâce à une mannitol-1-phosphatase. Lors du recyclage du mannitol, nous allons avoir production de fructose par une mannitol-2-déshydrogénase, cet ose étant ensuite reconverti en fructose- 6-phosphate par une fructokinase.