La lignée verte (Viridiplantae) comprend une grande diversité d'organismes, tels que les plantes terrestres, les algues charophytes et les algues chlorophytes. Cette diversité au sein de la lignée verte est accompagnée d'une vaste gamme d’interactions symbiotiques. Les interactions mutualistes entre les plantes et les micro-organismes ont joué un rôle crucial dans la diversification et l'adaptation des plantes dans presque tous les écosystèmes terrestres. Un exemple frappant de l'impact de ce mutualisme est la transition des plantes des milieux aquatiques aux environnements terrestres il y a environ 450 millions d'années, un changement en partie facilité par la symbiose mycorhizienne à arbuscules avec les champignons Glomeromycota. Un autre exemple notable de mutualisme plante-champignon est l'association entre certaines algues chlorophytes terrestres et des champignons, qui mène à la formation de lichens. Les lichens sont des structures symbiotiques regroupant plusieurs organismes, notamment un mycobionte et un partenaire photosynthétique, qui peut être une algue chlorophyte et/ou une cyanobactérie. Ensemble, ces organismes forment un thalle pouvant héberger d'autres symbiotes comme des bactéries et des levures. Historiquement, la recherche concernant la biologie des lichens a principalement été axée sur les partenaires fongiques, limitant ainsi notre compréhension de l'évolution et des mécanismes moléculaires de la lichénisation chez les partenaires algaux. Dans cette étude, des génomes et transcriptomes de symbiotes algaux ainsi que d'algues non symbiotiques apparentées ont été générés et combinés avec les ressources génomiques existantes. À l’aide de cet ensemble de données, des approches phylogénomiques comparatives ont été réalisées pour tester les hypothèses évolutives expliquant la distribution de la symbiose au sein des Chlorophytes. Les résultats indiquent que la lichénisation a évolué indépendamment à plusieurs reprises chez les Chlorophytes, ce qui en fait un cas de convergence évolutive. Cette analyse a également permis d’identifier des gènes candidats associés à la symbiose dans l'un des principaux clades de symbiotes algaux — les Trebouxiophyceae — où ces gènes sont soit spécifiquement présents, soit en expansion. Pour explorer le rôle de ces gènes dans la symbiose, des ressources ont été développées pour permettre des études de gain de fonction chez l'espèce chlorophyte modèle, Chlamydomonas reinhardtii, étant donné que la resynthèse complète des lichens n'est pas encore réalisable. Enfin, en raison de l'importance de la chitine comme acteur clé du dialogue moléculaire ainsi que de la reconnaissance des symbiontes entre les plantes et les microorganismes, une expérience de RNA-seq après traitement par la chitine ainsi qu'une recherche de récepteurs potentiels de la chitine ont été effectués. Les résultats ont montré qu'aucune réponse transcriptomique n'est induite après traitement à la chitine chez les Chlorophytes, bien que certaines espèces de Chlorophytes possèdent des récepteurs putatifs de la chitine, qui dérivent d'une origine indépendante de ceux des plantes terrestres. |
The green lineage (Viridiplantae) encompasses a diverse range of organisms, including land plants, charophytes, and chlorophyte algae. This extensive diversity brings with it a wide variety of symbiotic interactions. Mutualistic relationships between plants and microorganisms have been fundamental to plant diversification and adaptation across nearly all terrestrial ecosystems. One striking example of this mutualism is the transition of plants from aquatic to terrestrial environments around 450 million years ago, facilitated in part by arbuscular mycorrhizal symbiosis with Glomeromycota fungi. Another notable example is the mutualistic association between certain terrestrial chlorophyte algae and fungi, resulting in the formation of lichens. Lichens are symbiotic structures comprising multiple organisms, including lichen fungal symbionts (LFS) and a photosynthetic partner, which may be a chlorophyte alga (lichen algal symbiont or LAS) and/or cyanobacteria. Together, these organisms form a thallus that can host additional symbionts such as bacteria and yeasts. Historically, research has disproportionately focused on lichens from the fungal perspective, limiting our understanding of the evolution and molecular mechanisms of lichenization in algal partners. In this study, genomes and transcriptomes of LAS and closely related non-symbiotic algae were generated and combined with existing genomic resources. Using this dataset, comparative phylogenomics approaches were performed to test evolutionary hypotheses which could explain the distribution of lichenization within Chlorophytes. Results indicate that lichenization evolved multiple times independently in Chlorophytes, marking it as a case of convergent evolution. This analysis also identified candidate genes associated with symbiosis within Trebouxiophyceae, one of the main LAS clade, where these genes are either specifically present or expanded in LAS. To investigate the role of these genes in symbiosis, resources were developed to enable gain-of-function studies in the model chlorophyte Chlamydomonas reinhardtii, given that full lichen resynthesis is not yet feasible. Finally, due to chitin's significance in plant-microbe molecular signaling and symbiont recognition, RNA sequencing after chitin treatment and genomic screening for potential chitin receptors were performed in multiple chlorophyte species. Results showed no transcriptomic response is induced after chitin treatment in Chlorophytes, although some chlorophyte species do possess putative chitin receptors which were derived from an independent origin of those from land plants. |