Découverte d’une toute nouvelle forme de relation symbiotique entre une algue et une salamandre

En 2011, des scientifiques ont découvert le seul exemple connu sur Terre d’une cellule de vertébrés hébergeant les cellules d’une espèce complètement différente : la symbiose entre une salamandre et une algue.

Bien que des relations similaires peuvent être trouvées chez des animaux sans squelette, des invertébrés comme les coraux et les mollusques, cette inhabituelle découverte a engendré de nombreuses questions sur la façon dont le partenariat était possible chez un vertébré et qui en profitait. C’est ce qu’à tenter récemment de préciser des chercheurs du Musée américain d’histoire naturelle à New York et du Gettysburg College en Pennsylvanie qui ont analysé les gènes d’une algue verte et de la salamandre maculée (Ambystoma maculatum), avec laquelle elle entretient une relation plutôt intime.

Le nom scientifique de l’algue, Oophila amblystomatis, que l’on pourrait approximativement traduire par “amateur d’embryon d’Amystoma” est l’introduction parfaite à cette forme de vie unicellulaire. Depuis plus d’un siècle, les biologistes se sont émerveillés sur la façon dont l’algue se faufile à l’intérieur de l’enveloppe entourant les embryons de la salamandre.

(Roger Hangarter)

En surface, cela ressemble à un exemple de symbiose appelé mutualisme, une relation gagnant-gagnant pour les deux parties, les algues se nourrissent des déchets composés de carbone et d’azote rejetés par les embryons, tandis que la salamandre en croissance obtient un apport régulier d’oxygène libéré par les algues. Mais des chercheurs des États-Unis et du Canada ont constaté que cette relation intéressante a franchi une limite plutôt unique, les algues se développaient à l’intérieur des cellules des salamandres elles-mêmes en développement, dans une relation appelée endosymbiose.

Il existe des exemples de vertébrés cohabitant avec des algues, mais celles-ci se trouvant à l’extérieur de leur corps (le paresseux par exemple), par contre, trouver une espèce d’algues poussant dans les cellules d’un vertébré est assez rare, voir unique au monde. Chez les invertébrés, il existe des exemples d’algues vivant à l’intérieur des cellules de leur hôte, comme l’algues zooxanthellae qui vit en symbiose avec le corail, tandis que les cellules de la limace de mer verte, Elysia chlorotica (en photo ci-dessous), ne se contentent pas de kidnapper d’innocentes algues, elles volent aussi leurs gènes.

Des limaces de mer volent aux algues les gènes permettant de pratiquer la photosynthèse

Les microbes s’absorbent parfois entre eux pour profiter des talents de l’autre. En fait, on pense que nos cellules complexes seraient le résultat d’un tel événement qui se serait produit il y a plus d’un milliard d’années entre un type d’organisme microscopique appelé archaea et une bactérie.

Mais aucun de ces animaux ne possède d’ossature, ce qui fait de la relation entre la salamandre et l’algue un cas très étrange.

Les vertébrés ont tendance à avoir des systèmes immunitaires qui s’adaptent aux envahisseurs et rendent difficile toute intrusion de leur organisme. Donc, les scientifiques ne savaient pas très bien comment cette relation était même possible.

Grâce à cette dernière recherche, nous avons maintenant une meilleure idée de ce qui se passe au niveau chimique entre les cellules des algues et celles de cet amphibien. Les scientifiques ont séquencé l’ARN messager transcrit à partir des gènes d’algues qui se développent en dehors des embryons et les ont comparés à celles qui poussent à l’intérieur des cellules.

Alors que les algues se développent assez bien dans le liquide entourant les embryons avec une lumière suffisante pour produire de l’oxygène et du sucre, à l’intérieur de la cellule, c’est une autre histoire.

Les algues pratiquent la photosynthèse et elles profitent également d’un environnement riche en oxygène. Comme vous pouvez le supposer, il n’y a pas beaucoup d’air à l’intérieur des cellules de la salamandre… et les algues suffoquent.

Selon John Burns de l’American Museum of Natural History :

Contrairement à l’algue dans la symbiose corallienne, l’algue de cette interaction est stressée, et plutôt que de produire de l’oxygène et du sucre à travers la photosynthèse, elle pratique la fermentation. Cela suggère que l’algue est dans un environnement relativement faible en oxygène.

En plus de passer à la fermentation comme moyen de traiter l’approvisionnement limité en oxygène, les produits des gènes de l’algue ont révélé d’autres signes de stress, comme la fabrication de protéines qui apparaissent habituellement en réponse à un stress thermique ou quand elles sont avalées par un prédateur.

D’autre part, en examinant les gènes activés dans la salamandre, les chercheurs ont constaté que l’intrus n’avait guère dérangé. En fait, il semble que la salamandre ait réglé son système immunitaire pour ignorer ses “invités”.

Comme pour l’algue, il n’y avait aucune indication claire que la salamandre tirait des bénéfices de cette relation, alors pourquoi existe-t-elle ?

Selon les chercheurs dans leur étude :

Nous pouvons spéculer que les algues intracellulaires fournissent un certain bénéfice à leur hôte, car de nombreuses expériences d’élevage à la lumière ou dans l’obscurité ont montré un bénéfice net pour l’embryon de salamandre de la part de leurs algues symbiotes, qui incluent probablement des endosymbiotes.

S’ils obtiennent quelque chose des algues dans leurs cellules, cela ne représente pas grand-chose par rapport à la douleur de leur microscopique prisonnier. Les algues pourraient également fournir un certain avantage au système immunitaire de la salamandre, une caractéristique trouvée dans d’autres formes de relation endosymbiotique. Il y a aussi la question passionnante de savoir si oui ou non l’algue est transmise à la génération suivante dans les cellules sexuelles, ce que les chercheurs n’ont pas encore découvert.

De toute évidence, une étude qui a commencé par curiosité il y a plus d’un siècle a encore beaucoup de secrets à révéler.

L’étude publiée dans eLife : Transcriptome analysis illuminates the nature of the intracellular interaction in a vertebrate-algal symbiosis.