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Accueil > FR > Recherche > Dynamique non linéaire des Systèmes Optiques et Biologiques > Systèmes Biologiques > Horloges Circadiennes

Robustesse et flexibilité de l’horloge d’une algue unicellulaire

par Benjamin PFEUTY, Marc LEFRANC, Quentin THOMMEN - publié le , mis à jour le

L’équipe de F.Y. Bouget de l’Observatoire océanologique de Banyuls (CNRS/UPMC) a caractérisé l’horloge biologique de l’algue verte unicellulaire Ostreococcus tauri [1] dont l’oscillateur central est constitué par une boucle de rétroaction à deux gènes.

Les mesures de l’activité rythmiques des deux gènes TOC1 et CCA1 ont pu être reproduits grâce à un modèle mathématique très simple où TOC1 active l’expression de CCA1, lequel réprime l’expression de TOC1 [1,2]. Etonnament, nous avons montré que cet oscillateur se cale sur cycle jour nuit à l’aide d’un couplage à la lumière qui disparaît lorsque l’horloge est à l’heure, par un minutage précis ! Grâce à cette astuce, l’horloge, lorsqu’elle est à l’heure, est aveugle à la lumière et donc aux fluctuations de luminosité dues par exemple aux aléas météorologiques [1,3]. En revanche, si l’horloge vient à se décaler, le couplage à la lumière intervient dans une phase différente de l’oscillation, et peut alors agir sur l’oscillateur pour le remettre à l’heure.

Si l’horloge circadienne est insensible aux fluctuations lumineuses, elle doit en revanche pouvoir suivre les variations saisonnières de la durée du jour (photopériodisme). La modélisation mathématique de l’horloge d’Ostreoccocus Tauri a permis de résoudre ce paradoxe en montrant que la lumière influe à la fois à des échelles de temps courtes pour induire une synchronisation robuste au cycle jour nuit et à des échelles de temps longues pour orchestrer l’heure des pics de TOC1 et CCA1 en accord avec les exigences de la saison [4,5].

Nous cherchons actuellement à préciser les voies d’entrée de la lumière vers l’horloge circadienne et leurs rôles. L’équipe de F.-Y. Bouget a identifié deux histidines kinases répondant à des longueurs d’ondes différentes (dans le vert et dans le bleu).
Ces histidines kinases sont au sommet d’une cascade de transfert de phosphorylation vers un acteur central de l’horloge d’Ostreoccocus,
tandis que leur expression est elle-même sous le contrôle de l’horloge circadienne. Une extension du modèle de l’horloge vise à comprendre le rôle coopératif de ces photorécepteurs. [7]

Publications

- [1] Robustness of circadian clocks to daylight fluctuations : hints from the picoeucaryote Ostreococcus tauri. PLoS Comput. Biol., 6:e1000990 (2010)
- [2] A robust two-gene oscillator at the core of Ostreococcus tauri circadian clock. Chaos, 20:045108 (2010)
- [3] Robust entrainment of circadian oscillators requires specific phase response curves. Biophys J, 100:2557-67 (2011)
- [4] Robust and flexible response of Ostreococcus tauri circadian clock to light/dark cycles of varying photoperiod. FEBS J. (2012)
- [5] Circadian clocks in changing weather and seasons : lessons from the microscopic algae Ostreococcus tauri. BioEssays, 34:781-90 (2012)
- [6] Transcriptional versus non-transcriptional clocks : A case study in Ostreococcus. Marine Genomics 14:17-22 (2014)
- [7] Probing entrainment of Ostreococcus tauri circadian clock by green and blue light through a mathematical modeling approach. Frontiers in genetics 6:65 (2015)

Communiqués

- PloS
- CNRS (Une du site, INP, INSB, INSU)
- Rapport scientifique du CNRS 2010

Collaboration

- François-Yves Bouget (Observatoire océanologique de Banyuls/mer)

Contacts


[1L’algue verte unicellulaire Ostreococcus tauri, découverte en 1994 dans l’étang de Thau, est le plus petit eucaryote connu et constitue un organisme « modèle » très prometteur pour la biologie des systèmes.