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18 : Algues rouges et vertes - Biologie


Objectifs d'apprentissage

Objectifs du contenu

  • Comprendre comment les différences dans les traits d'histoire de vie entre les algues rouges et vertes peuvent être expliquées par des différences d'écologie
  • Relier les pressions de sélection aux adaptations au sein de chaque groupe
  • Connaître les cycles de vie de Polysiphonie et Spirogyre

Objectifs de compétence

  • Utilisez les traits d'histoire de vie pour différencier les algues rouges et vertes
  • Identifier les structures importantes dans le Polysiphonie et Spirogyre des cycles de vie. Connaître la fonction et la ploïdie de ces structures.

Le profilage du métabolome de diverses espèces d'algues fait la distinction entre les algues brunes, rouges et vertes

Parmi les groupes d'algues, les algues brunes avaient des concentrations typiquement élevées de mannitol, et les algues vertes étaient caractérisées par le fructose. Dans les algues rouges, les profils des métabolites des espèces individuelles doivent être évalués. Les algues sont métaboliquement différentes des plantes terrestres. Cependant, les profils généraux des métabolites des trois principaux groupes d'algues, les algues brunes, rouges et vertes, et l'effet de diverses méthodes d'extraction sur les résultats du profilage des métabolites n'ont pas été explorés de manière approfondie. Dans cette étude, nous avons évalué les métabolites hydrosolubles de quatre espèces d'algues brunes, cinq rouges et deux vertes collectées sur deux sites du nord du Japon, situés dans la mer du Japon et l'océan Pacifique. Des échantillons d'algues lyophilisées ont été traités par extraction méthanol-eau avec ou sans chloroforme et analysés par électrophorèse capillaire et chromatographie liquide-spectrométrie de masse pour la caractérisation des métabolites. Les profils de concentration en métabolites ont montré que des caractéristiques distinctives dépendent des espèces et des groupes taxonomiques, alors que les méthodes d'extraction n'ont pas eu d'effet significatif. Les différences taxonomiques entre les divers profils de métabolites d'algues ont été bien définies en utilisant uniquement les métabolites du sucre, mais aucun autre type de composé majeur. Le mannitol était les principaux métabolites du sucre dans les algues brunes, tandis que le fructose, le saccharose et le glucose ont été trouvés à des concentrations élevées dans les algues vertes. Chez les algues rouges, les espèces individuelles avaient des métabolites caractéristiques, tels que le sorbitol chez Pyropia pseudolinearis et le panose chez Dasya sessilis. Les profils de métabolites générés dans cette étude seront une ressource et fourniront des orientations pour les études de recherche nutraceutique car les informations sur les métabolites dans les algues sont encore très limitées par rapport à celles des plantes terrestres.

Mots clés: Algues brunes Méthodes d'extraction Algues vertes Métabolites Algues rouges.


Faits sur les algues vertes

Les algues vertes sont un type d'algues considérées comme très étroitement liées aux plantes. Ce groupe d'algues comprend environ 7 000 espèces d'organismes unicellulaires et multicellulaires.

Les algues vertes sont un type d'algues considérées comme très étroitement liées aux plantes. Ce groupe d'algues comprend environ 7 000 espèces d'organismes unicellulaires et multicellulaires.

Les algues sont un grand groupe d'organismes simples et primitifs, qui peuvent être unicellulaires ou multicellulaires. La plupart d'entre elles sont autotrophes et étant un tel type d'organisme, les algues peuvent effectuer la photosynthèse, tout comme les plantes terrestres. Ils contiennent de la chlorophylle, mais ne possèdent pas de véritable tige, racines et feuilles, les structures qui caractérisent les plantes terrestres. Certaines algues se sont également révélées mixotrophes, c'est-à-dire qu'elles tirent leur énergie à la fois de la photosynthèse et d'autres sources. Par exemple, certaines algues effectuent la photosynthèse et absorbent également la matière organique dissoute par osmose pour en tirer de l'énergie, tandis que quelques espèces dépendent entièrement de sources d'énergie externes. Il existe plusieurs types d'algues telles que les algues bleu-vert, les algues rouges, les algues vertes et les algues brunes. Ils sont maintenant considérés comme plus liés aux bactéries qu'aux algues. Parmi tous ces types, les algues vertes constituent un grand groupe qui contient à la fois des organismes unicellulaires et multicellulaires.

Que sont les algues vertes ?

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C'est un grand groupe d'algues, dont la plupart des membres contiennent des chloroplastes. Les chloroplastes de ces algues contiennent des pigments de chlorophylle ‘a’ et ‘b’, qui leur donnent une couleur vert vif. Certains d'entre eux sont unicellulaires et vivent comme une seule cellule, tandis que d'autres forment une colonie ou un long filament. De nombreuses espèces d'algues vertes sont mobiles et possèdent des flagelles, un appendice semblable à un cil utilisé pour la locomotion. Généralement, chaque cellule d'une colonie possède deux flagelles, qui aident toute la colonie à se déplacer. En revanche, quelques espèces d'algues vertes sont immobiles, car elles ne contiennent aucun flagelle. Cependant, il a été observé que de nombreuses algues immobiles passent par une étape flagellée dans leur cycle de vie.

Faits intéressants

Il s'agit d'un groupe diversifié d'algues que l'on peut trouver partout dans le monde. Ils sont souvent appelés chlorophytes. Mais la chlorophyte est en fait une division des algues vertes, qui comprend à la fois des espèces d'eau douce et marines. Il existe plusieurs faits intéressants sur les membres des algues vertes, dont quelques-uns sont répertoriés ci-dessous :

Il existe environ 7000 espèces d'algues vertes, que l'on peut trouver aussi bien en eau douce ou en eau salée que dans des endroits humides.

Ils sont considérés comme le groupe à partir duquel les plantes supérieures ont évolué sur la base de certaines caractéristiques, et les composés trouvés dans les pigments utilisés pour la photosynthèse.

✦ De toutes les algues vertes, les membres de l'ordre Charales sont considérés comme les plus proches parents des plantes supérieures.

✦ Presque tous contiennent du chloroplaste, dans lequel se trouvent les pigments chlorophylle ‘a’ et ‘b’. Ces pigments sont responsables de conférer une riche couleur verte à ces algues.

L'un des types d'algues vertes les plus connus est le volvox. Volvox forme une colonie sphérique et chaque cellule de la colonie possède deux flagelles et un petit ocelle.

La chlorella est une autre algue verte bien connue, que l'on trouve généralement à l'intérieur des hydres, des ciliés et de certains autres animaux, en tant qu'endosymbiote. Un endosymbionte est l'organisme qui vit à l'intérieur du corps ou de la cellule d'un autre organisme et établit une relation symbiotique ou « endosymbiose ».

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✦ Algues vertes du genre Trébouxia et Pseudotrébouxie sont souvent trouvés pour établir une relation symbiotique avec les champignons. Le lichen est l'organisme composite qui résulte de cette association symbiotique.

Spirogyre , Zygnema et Mougeotia sont d'autres algues vertes communes que l'on trouve souvent à la surface des étangs et des fossés d'eau douce. Ils prolifèrent rapidement et forment une structure dense semblable à un tapis à la surface des étangs, que nous identifions généralement comme de l'écume d'étang.

Ils peuvent se reproduire aussi bien de manière asexuée que sexuée, et le mode de reproduction est assez diversifié.

✦ En cas de reproduction asexuée chez les algues, la cellule mère peut se diviser en deux parties similaires, à partir desquelles se développent deux organismes identiques, ou la cellule mère peut se diviser en un ou plusieurs fragments, qui finissent par se développer en tant qu'organismes séparés. Cependant, certaines algues ont développé des spores mobiles ou non mobiles pour la reproduction asexuée.

La reproduction sexuée se fait par l'union de gamètes, qui peuvent être de forme ou de taille identiques ou différentes. Certaines algues comme la spirogyre se reproduisent par la méthode de conjugaison, tandis que certaines formes supérieures d'algues suivent un cycle de reproduction, appelé « alternance de générations ».

Aujourd'hui, les algues comprennent certains types d'algues vertes, qui sont largement utilisées non seulement comme source d'aliments nutritifs, mais aussi pour produire différents types de suppléments nutritionnels. Ils sont aujourd'hui utilisés dans le traitement des eaux usées et pour la lutte contre la pollution. Ils sont également envisagés pour la production de carburant ou de biocarburant.

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Charales

Les algues de l'ordre des Charales vivent en eau douce et sont souvent considérées comme les plus proches parents des embryophytes.

Objectifs d'apprentissage

Identifier les principales caractéristiques des algues charophytes

Points clés à retenir

Points clés

  • La structure des algues charophytes se compose d'un thalle, qui est la tige principale, et de branches qui naissent des nœuds qui portent à la fois des structures reproductrices mâles et femelles.
  • Bien que les algues charophytes ne présentent pas d'altération des générations, elles partagent un certain nombre d'adaptations à la vie sur terre avec les embryophytes, y compris l'encapsulation des œufs dans des enclos protecteurs.
  • Au fur et à mesure que de nouvelles techniques d'analyse des séquences d'ADN se développent, des révisions peuvent être nécessaires dans notre compréhension de l'évolution des plantes, telles que des indications selon lesquelles les algues vertes de l'ordre des Zygnematales pourraient être plus étroitement liées aux embryophytes que ne l'est Charales.

Mots clés

  • Charales: algues vertes de la division Charophyta qui sont des plantes vertes considérées comme les plus proches parents des plantes vertes terrestres
  • sporopollénine: une combinaison de biopolymères observée dans la couche externe dure de la paroi de la spore et du pollen

Charales

Les algues vertes de l'ordre des Charales et les coléochètes, des algues vertes microscopiques qui enferment leurs spores dans la sporopollénine, sont considérées comme les plus proches parents des embryophytes. Les Charales remontent à 420 millions d'années. Ils vivent dans une gamme d'habitats d'eau douce et varient en taille de quelques millimètres à un mètre de longueur. Une espèce représentative de Charales est le Chara, qui est souvent appelé herbe musquée ou mouffette en raison de son odeur désagréable.

Algues charophytes: Une algue charophyte représentative, Chara, est une mauvaise herbe nuisible en Floride, où elle obstrue les cours d'eau.

Chez Charales, de grandes cellules forment le thalle : la tige principale de l'algue. Les branches issues des nœuds sont constituées de cellules plus petites. Les structures reproductrices mâles et femelles se trouvent sur les nœuds où les spermatozoïdes ont des flagelles. Contrairement aux plantes terrestres, les Charales ne subissent pas d'alternance de générations dans leur cycle de vie. Comme les embryophytes, les Charales présentent un certain nombre de traits importants dans leur adaptation à la vie terrestre. Ils produisent les composés lignine et sporopollénine. Ils forment des plasmodesmes, qui sont des canaux microscopiques qui relient le cytoplasme des cellules adjacentes. L'œuf et, plus tard, le zygote, se forment dans une chambre protégée sur la plante mère.

De nouvelles informations provenant d'une analyse récente et approfondie des séquences d'ADN d'algues vertes indiquent que les Zygnematales sont plus étroitement liés aux embryophytes que les Charales. Les Zygnematales comprennent le genre familier Spirogyra. À mesure que les techniques d'analyse de l'ADN s'améliorent et que de nouvelles informations sur la génomique comparative apparaissent, les connexions phylogénétiques entre les espèces continueront probablement à changer. De toute évidence, les biologistes végétaux n'ont pas encore résolu le mystère de l'origine des plantes terrestres.


128 algues vertes : précurseurs des plantes terrestres

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Décrire les traits communs aux algues vertes et aux plantes terrestres
  • Expliquez pourquoi les charophytes sont considérées comme l'algue la plus proche par rapport aux plantes terrestres
  • Expliquer comment les relations phylogénétiques actuelles sont remodelées par l'analyse comparative des séquences d'ADN

Streptophytes

Jusqu'à récemment, tous les eucaryotes photosynthétiques étaient classés comme membres du royaume Plantae. Les algues brunes et dorées, cependant, sont maintenant réaffectées au supergroupe protiste Chromalveolata. En effet, outre leur capacité à capter l'énergie lumineuse et à fixer le CO2, ils manquent de nombreux traits structurels et biochimiques caractéristiques des plantes. Les plantes sont maintenant classées, avec les algues rouges et vertes, dans le supergroupe protiste Archaeplastida. Les algues vertes contiennent les mêmes caroténoïdes et la même chlorophylle a et b que les plantes terrestres, tandis que d'autres algues ont des pigments accessoires et des types de molécules de chlorophylle différents en plus de la chlorophylle a. Les algues vertes et les plantes terrestres stockent également des glucides sous forme d'amidon. Leurs cellules contiennent des chloroplastes qui présentent une variété vertigineuse de formes, et leurs parois cellulaires contiennent de la cellulose, tout comme les plantes terrestres. Laquelle des algues vertes à inclure parmi les plantes n'a pas été résolue phylogénétiquement.

Les algues vertes se répartissent en deux groupes principaux, les chlorophytes et les charophytes. Les chlorophytes comprennent les genres Chlorelle, Chlamydomonas, la « laitue de mer » Ulva, et l'algue coloniale Volvox. Les charophytes comprennent les desmides, ainsi que les genres Spirogyre, Coléochète, et Chara. Il existe des algues vertes familières dans les deux groupes. Certaines algues vertes sont des cellules uniques, telles que Chlamydomonas et des desmides, ce qui ajoute à l'ambiguïté de la classification des algues vertes, car les plantes sont multicellulaires. D'autres algues vertes, comme Volvox, forment des colonies, et certains, comme Ulva sont multicellulaires ((Figure)). Spirogyre est un long filament de cellules coloniales. La plupart des membres de ce genre vivent en eau douce, en eau saumâtre, en eau de mer ou même dans des plaques de neige. Quelques algues vertes peuvent survivre sur le sol, à condition qu'il soit recouvert d'une fine pellicule d'humidité à l'intérieur de laquelle elles peuvent vivre. Les périodes de sécheresse périodiques offrent un avantage sélectif aux algues qui peuvent survivre au stress hydrique.


Les chlorophytes et les charophytes diffèrent à quelques égards qui, en plus de l'analyse moléculaire, placent les plantes terrestres comme un groupe frère des charophytes. Premièrement, les cellules des charophytes et des plantes terrestres se divisent le long de plaques cellulaires appelées phragmoplastes, dans lesquelles des microtubules parallèles au fuseau servent de guides pour les vésicules de la plaque cellulaire en formation. Chez les chlorophytes, la plaque cellulaire est organisée par un phycoplaste, dans lequel les microtubules sont perpendiculaires au fuseau. Deuxièmement, seuls les charophytes et les plantes terrestres possèdent des plasmodesmes, ou canaux intercellulaires qui permettent le transfert de matériaux de cellule à cellule. Chez les chlorophytes, les connexions intercellulaires ne persistent pas dans les formes multicellulaires matures. Enfin, tant les charophytes que les plantes terrestres montrent croissance apicale-croissance à partir des extrémités de la plante plutôt que dans tout le corps de la plante. Par conséquent, les plantes terrestres et les charophytes font désormais partie d'un nouveau groupe monophylétique appelé Streptophyta.

Reproduction d'algues vertes

Les algues vertes se reproduisent à la fois de manière asexuée, par fragmentation ou dispersion de spores, ou sexuellement, en produisant des gamètes qui fusionnent lors de la fécondation. Dans un organisme unicellulaire tel que Chlamydomonas, il n'y a pas de mitose après la fécondation. Dans le multicellulaire Ulva, un sporophyte se développe par mitose après fécondation (et présente donc une alternance de générations). Les deux Chlamydomonas et Ulva produire des gamètes flagellés.

Charophytes

Les charophytes comprennent plusieurs ordres d'algues différents qui ont chacun été suggérés comme les plus proches parents des plantes terrestres : les Charales, les Zygnematales et les Coleochaetales. Les Charales remontent à 420 millions d'années. Ils vivent dans une gamme d'habitats d'eau douce et varient en taille de quelques millimètres à un mètre de longueur. Le genre représentatif est Chara ((Figure)), souvent appelée herbe musquée ou moufette en raison de son odeur désagréable. Les grandes cellules forment le thalle: la tige principale de l'algue. Les branches issues des nœuds sont constituées de cellules plus petites. Les structures reproductrices mâles et femelles se trouvent sur les nœuds et les spermatozoïdes ont des flagelles. Même si Chara ressemble superficiellement à certaines plantes terrestres, une différence majeure est que la tige n'a pas de tissu de soutien. Cependant, les Charales présentent un certain nombre de traits qui sont importants pour l'adaptation à la vie terrestre. Ils produisent les composés lignine et sporopollénine, et forment des plasmodesmes qui relient le cytoplasme des cellules adjacentes. Bien que le cycle de vie des Charales soit haplontique (la forme principale est haploïde et des zygotes diploïdes sont formés mais ont une brève existence), l'œuf, et plus tard, le zygote, se forment dans une chambre protégée sur la plante mère haploïde.


Les Coléochètes sont des formes multicellulaires ramifiées ou discoïdes. Ils peuvent produire à la fois sexuellement et asexuellement, mais le cycle de vie est fondamentalement haplontique. Une récente analyse approfondie des séquences d'ADN des charophytes indique que les Zygnematales sont plus étroitement liés aux embryophytes que les Charales ou les Coleochaetales. Les Zygnematales comprennent le genre familier Spirogyre, ainsi que les desmides. Au fur et à mesure que les techniques d'analyse de l'ADN s'améliorent et que de nouvelles informations sur la génomique comparative apparaissent, les connexions phylogénétiques entre les charophytes et les plantes terrestres continueront d'être examinées pour apporter une solution satisfaisante au mystère de l'origine des plantes terrestres.

Résumé de la section

Les charophytes partagent plus de traits avec les plantes terrestres que les autres algues, selon les caractéristiques structurelles et l'analyse de l'ADN. Au sein des charophytes, les Charales, les Coleochaetales et les Zygnematales ont chacun été considérés comme partageant l'ascendance commune la plus proche avec les plantes terrestres. Les charophytes forment de la sporopollénine et des précurseurs de la lignine, des phragmoplastes et ont des spermatozoïdes flagellés. Ils ne présentent pas d'alternance de générations.

Questions de révision

Quelle caractéristique de Charales leur permettrait de survivre à une période de sécheresse ?

Laquelle de ces caractéristiques est présente dans les plantes terrestres et non à Charales ?

  1. alternance des générations
  2. sperme flagellé
  3. phragmoplastes
  4. plasmodesmes

Un scientifique séquence le génome de Chara, des algues rouges et un plant de tomate. Quel résultat appuierait la conclusion que les Charophytes devraient être inclus dans le Plantes Royaume?

  1. Les Chara Le génome ressemble plus à celui des algues rouges qu'à celui du plant de tomate.
  2. Les trois génomes sont distinctement différents.
  3. Les Chara Le génome est plus proche du génome du plant de tomate que du génome des algues rouges.
  4. Le génome du plant de tomate est distinct du génome des algues rouges.

Laquelle des caractéristiques suivantes ne prend pas en charge l'inclusion de Charophytes dans le Plantes Royaume?

  1. Les chloroplastes charophytes contiennent de la chlorophylle a et b.
  2. Les parois cellulaires des plantes charophytes contiennent des plasmodesmes pour permettre le transfert entre les cellules au sein d'organismes multicellulaires.
  3. Les charophytes ne présentent pas de croissance dans tout le corps de la plante.
  4. Les charophytes sont des organismes multicellulaires dépourvus de tissu vasculaire.

Questions de pensée critique

Pour une algue, quel est le principal avantage de produire des structures résistantes à la sécheresse ?

Il permet la survie par des sécheresses périodiques et la colonisation de milieux où l'approvisionnement en eau fluctue.

Glossaire


Classification des algues

Une classification généralement acceptée des algues reconnaît neuf grands groupes taxonomiques, appelés divisions. Ce sont les Chlorophycophyta, Xanthophycophyta, Bacillariophycophyta, Phaeophycophyta, Rhodophycophyta, Chrysophycophyta, Euglenophycophyta, Cryptophycophyta et Pyrrophycophyta.

Parmi ceux-ci, les membres des cinq premières divisions sont nettement des organismes de type végétal, mais les autres, en particulier les flagellés, ont des caractères de type animal. Par exemple, Euglena est inclus à la fois dans les algues et dans les protozoaires sous la classe Phytomastigophora.

Les principales caractéristiques d'importance taxonomique utilisées dans la classification des algues ont été présentées dans le tableau 5.2.

Ces caractéristiques comprennent les pigments photosynthétiques, la nature des matériaux de réserve photosynthétiques, la composition de la paroi cellulaire ou l'absence de paroi cellulaire, la morphologie cellulaire et du thalle et le comportement reproducteur.

Certains genres représentatifs des différents groupes d'algues sont nommés dans le tableau 5.3 :

Les algues sont d'origine polyphylétique. Plusieurs lignées évolutives indépendantes ont abouti à leur développement. L'une de ces lignées a évolué vers les algues vertes qui comprennent à la fois des représentants unicellulaires et des formes filamenteuses ou parenchymateuses multicellulaires.

Les membres primitifs, comme Chlamydomonas et les genres apparentés, sont dotés de caractéristiques telles que des vacuoles oculaires et contractiles qui rappellent les caractères protozoaires. Les algues vertes à chlorophylle a et b sont des progéniteurs possibles de plantes vertes. Les algues rouges représentent une ligne d'évolution différente.

L'absence de cellules mobiles dans leur cycle de vie et la présence de phycobiliprotéines sont des caractéristiques uniques des algues rouges. Cependant, ils partagent ces deux caractères avec les cyanobactéries. Les algues brunes, ainsi que les diatomées et les algues brun doré semblent provenir d'une lignée évolutive distincte. Les euglénoïdes sont plus proches des protozoaires flagellés, mais sont également apparentés aux algues vertes primitives.


Introduction

Les transporteurs membranaires (MT) sont un grand groupe de protéines structurellement et fonctionnellement hétérogène c'est à dire., des transporteurs et des canaux [1] qui s'étendent sur les bicouches lipidiques cellulaires. Ces protéines médient ou facilitent le transfert d'ions et de molécules à travers les biomembranes. Les MT sont essentiels pour les nutriments (par exemple., acides aminés et sucres), absorption, extrusion de produits chimiques nocifs (par exemple., toxines et métaux lourds) et la compartimentation passant par génération de gradients de concentration ioniques transmembranaires (par exemple., Ca 2+ , K + , Na + , H + ). La variété et le nombre de MT exprimés dans une cellule particulière (c'est à dire., le perméome) reflètent directement la flexibilité métabolique/physiologique et le mode de vie de l'organisme [2]–[5]. Par exemple, les génomes d'organismes hétérotrophes et mixotrophes codent de nombreux MT pour l'absorption de nutriments exogènes, tandis que les génomes d'algues tolérantes aux métaux contiennent de nombreux transporteurs de métaux qui jouent un rôle essentiel dans la détoxification [2]. La biochimie et le mode d'action de nombreuses MT sont bien compris. En revanche, on sait peu de choses sur leur histoire évolutive dans les lignées eucaryotes.

L'évolution du génome des eucaryotes est impliquée par de multiples cas d'acquisition de gènes étrangers passant par transfert horizontal de gènes (HGT), en particulier parmi les taxons unicellulaires tels que les diatomées, les excavates, les dinoflagellés, les ciliés et les chlorarachniophytes [6]–[10]. De plus, les groupes d'algues portant des plastes (par exemple., Plantae, diatomées) ont recruté de nombreuses séquences étrangères passant par transfert de gène endosymbiotique (EGT). Ce dernier est un cas particulier de HGT où les gènes sont transférés au noyau de l'hôte à partir d'endosymbiotes intracellulaires permanents [8], [11], [12]. Parce que les génomes des deux espèces de diatomées Thalassiosira pseudonana et Phaeodactylum tricornutum ont été séquencés jusqu'au bout et bien annotés [13], [14], ils constituent un sujet prometteur pour évaluer l'histoire évolutive des MT chez les eucaryotes microbiens.

Dans une étude antérieure à l'échelle du génome [15], 600 à 700 phylogénies de protéines de diatomées se sont avérées fournir un support solide pour une affiliation spécifique entre les diatomées et d'autres lignées qui incluent souvent la chlorophylle une + c-contenant des eucaryotes (par exemple., straménopiles photosynthétiques, dinoflagellés, haptophytes, cryptophytes souvent regroupés sous le nom de « chromalvéolates » [16]) et algues vertes prasinophytes. Cette découverte suggère que de nombreux gènes liés aux prasinophytes peuvent être apparus passant par EGT d'une endosymbiose ancienne et cryptique (plaste) qui s'est produite avant la capture du plaste d'algue rouge largement distribué dans les chromalvéolates photosynthétiques [17], [18]. L'hypothèse originale du chromalvéolate [16] envisageait une origine unique du plaste dérivé de l'algue rouge dans tous les chromalvéolates. Cette idée a été falsifiée dans des études récentes qui suggèrent l'implication d'autres endosymbioses eucaryotes [15], [19] ou récurrentes [20] au cours de l'évolution des chromalvéoles, ainsi qu'une relation phylogénétique entre ces taxons différente de celle initialement proposée. Les résultats de ces études reflètent très certainement plus que la variation stochastique du taux de mutation dans les séquences, ce qui pourrait avoir introduit des biais dans l'inférence phylogénique. Cependant, la monophylie globale des taxons hôtes chromalvéolés (c'est à dire., indépendamment de leur histoire plastidiale) reste une hypothèse de travail vérifiable, bien que difficile, en phylogénétique.

Malgré ces problèmes, une analyse phylogénomique récente de l'algue brune Ectocarpus siliculosus [21] ont révélé 611 gènes d'origine putative d'algue rouge (189 codant pour des protéines putatives ciblées sur les plastes [PPTP]) et 2 669 gènes de provenance probable d'algue verte (67 codant pour des PPTP). Ces résultats démontrent clairement l'existence d'une « empreinte » d'algue verte (ci-après, verte) qui est solidement récupérée (au minimum) dans l'ancêtre commun des algues brunes et des diatomées (c'est à dire., Ochrophyta [22]). Une explication alternative pour la découverte de gènes verts chez les diatomées, qu'ils soient apparus passant par EGT ou HGT, est un échantillonnage de taxon incomplet dans de nombreux arbres qui induit en erreur l'inférence phylogénétique de l'origine des gènes. Il est cependant à noter que les gènes verts putatifs rapportés dans les chromalvéolates sont distribués à travers divers processus cellulaires et ne se limitent pas au protéome plastidique [15], [21]. Cela souligne l'importance de catégoriser les fonctions et les rôles physiologiques de ces séquences étrangères pour comprendre les conséquences biologiques d'un transfert de gènes à grande échelle.

Ici, nous avons examiné l'histoire évolutive de 1 014 MT prédites bio-informatiquement dans les diatomées T. pseudonana et P. tricornutum qui sont disponibles sur TransportDB (http://www.membranetransport.org/ [24]). Des études génomiques antérieures chez les diatomées ont indiqué la présence de plusieurs MT pour les nutriments inorganiques tels que l'ammonium, le nitrate, le phosphate, le sulfate, le bicarbonate, l'acide silicique, ainsi que pour l'urée, les acides aminés et les sucres [13], [14]. Nous avons évalué les phylogénies individuelles pour chacune des MT prédites afin de déterminer la proportion du perméome de diatomée qui provenait passant par HGT/EGT provenant de sources d'algues rouges et vertes. L'échantillonnage taxonomique limité des eucaryotes microbiens, en particulier des algues rouges mésophiles, est un facteur limitant clé dans l'analyse phylogénétique impliquant ces organismes, comme démontré dans des études antérieures [10], [15], [23]. Les seules données sur le génome des algues rouges disponibles pour ces études provenaient des Cyanidiales thermoacidophiles [25] qui possèdent des génomes hautement réduits et spécialisés [2]. Taille du génome et contenu en gènes des Cyanidiales (par exemple., 16,6 Mbp de génome de Cyanidioschyzon merolae codant pour 5 331 gènes [25]) contraste fortement avec celui des algues vertes mésophiles comme l'espèce modèle Chlamydomonas reinhardtii (génome de 121 Mbp codant pour environ 15 143 gènes [26]). L'impact de l'utilisation de données provenant uniquement de génomes d'algues rouges fortement réduits est que les copies de gènes homologues présentes dans les rhodophytes mésophiles apparaîtront, en raison de leur absence dans la base de données, comme étant de descendance d'algues vertes. Pour résoudre ce problème clé en phylogénomique, nous avons inclus dans notre analyse des données partielles du génome des algues rouges mésophiles. Porphyridium cruentum (bangiophyte unicellulaire) et Calliarthron tuberculosum (florideophyte coralline multicellulaire) qui ont été récemment publiés [27], ainsi que les données récemment publiées du straménopile photosynthétique et multicellulaire Ectocarpus siliculosus [21].


Structure des algues

Les algues sont des micro-organismes photosynthétiques qui effectuent la photosynthèse et produisent de l'oxygène (O2) et consomment du dioxyde de carbone (CO2) de l'atmosphère. Au cours de la photosynthèse, les algues produisent au moins la moitié de l'oxygène de l'atmosphère terrestre. La plupart des algues habitent le milieu aquatique, qu'il s'agisse d'habitats d'eau douce ou marins. Ils peuvent également occuper les roches, les sols, la végétation ou les habitats terrestres humides. Certaines algues marines sont utilisées comme fruits de mer, tandis que certaines algues produisent des toxines.

Structure végétative des algues

Les structures végétatives (thalle) des algues varient d'une espèce à l'autre. Ils peuvent être simples unicellulaires à complexes multicellulaires. Leur taille varie de petite à moins de 2 micromètres (Micromonas) jusqu'à 30-60 mètres de long (Macocyclis, un type d'algue marine). Voici les diverses structures végétatives des algues :

Motilité unicellulaire : Le corps est constitué d'une seule cellule. Dans ces algues, le mouvement s'effectue par des flagelles, tels que Chlamydomonas.

Unicellulaire non mobile : Ce sont des algues rondes unicellulaires. Ils existent en solitaire ou en groupe au sein de la couverture de mucilage. Exemples: Chlorelle, Gloeocapsa, etc.

Colonial mobile : Dans ce cas, un nombre défini d'algues unicellulaires forment une colonie et elles sont mobiles. Ce type de colonie est connu sous le nom de colonie mobile. Exemples: Volvox.

Colonial immobile : Dans les formes coloniales, le nombre d'algues unicellulaires est indéfini, et elles sont immobiles telles que Scenedesme, Hydrodiction (filet d'eau), etc.

Type palmelloïde : Dans ce cas, les cellules d'algues sont entourées d'une substance mucilagineuse visqueuse telle que Teyraspora, Aphanothce, etc.

Type de dendroïde : Dans ce cas, les cellules produisent une substance mucilagineuse, et elles sont pliées de telle manière qu'elles ressemblent à des branches d'une plante telle que Cladus de Prasino.

Filamenteux: Ces types d'algues sont de deux types : Parmi elles, certaines sont de simples filamenteuses non ramifiées telles que Ulothrix, Spirogyre, et certains sont filamenteux ramifiés simples tels que Cladophore.

Hétérotriche : Le thalle de l'algue se compose des deux parties suivantes : la pousse principale ou trichome, qui s'étend horizontalement, appelé système prostré et un trichome ou pousse dressé vertical appelé système érigé. Ce type de corps est connu sous le nom de forme hétérotriche.

Parenchymateux : Dans ces algues, la division cellulaire a lieu de différents côtés, de sorte qu'elles deviennent parenchymateuses telles que Ulva.

Siphon : Ces algues sont constituées de cellules tubulaires multinucléées n'ayant pas de cloisons telles que Vauchéria, polysiphon, etc.

Nodule : Dans ce cas, les corps d'algues contiennent des zones nodales et intermodales telles que Chara.

Complexe: Dans ce cas, les algues ressemblent à des plantes multicellulaires - le corps est divisible en crampons, stipe et fred, tels que Sargasses, Laminaire.

Structure cellulaire des algues

Les cellules algales sont constituées des structures suivantes :

Paroi cellulaire

La plupart des cellules d'algues ont une paroi cellulaire. Certaines algues flagellées sont dépourvues de paroi cellulaire. La paroi cellulaire des algues se compose de deux couches : une couche irrégulière microfilamenteuse interne et une couche externe gélatineuse irrégulière. Chimiquement, la paroi cellulaire est composée de cellulose, de pectine, de mucilage comme un glucide. Il contient également d'autres substances comme l'acide alginique, le carbonate de calcium, le fucoïdane, la fucine, la silice, etc. L'épaisseur de la paroi cellulaire varie selon l'orientation dans une matrice granulaire. Dans certains cas, la paroi cellulaire contient des protéines stockées. Les algues diatomées unicellulaires ont des parois cellulaires ornementales siliceuses solides, rigides et à deux valves. La paroi cellulaire ornementale siliceuse est appelée frustule. La paroi cellulaire des membres des Cyanophycées contient du mucopeptide. Dans certaines algues telles que Gymnodinium et Pyramimonas, une véritable paroi cellulaire est absente. Dans ce cas, la cellule est délimitée par une membrane, appelée pellicule.

Membrane plasma

Il se produit sous la paroi cellulaire. La structure de la membrane plasmique des algues ressemble à celle des autres cellules eucaryotes. Certaines algues filamenteuses n'ont pas de paroi cellulaire ayant une membrane plasmique solide et solide. Ce type de membrane plasmique est connu sous le nom de périplaste.

Protoplaste

Le protoplasme des algues eucaryotes est constitué d'un ou plusieurs noyaux et cytoplasmes. Le cytoplasme est divisé en cytosol et en organites cellulaires. Le protoplasme est délimité par une membrane cellulaire lipoprotéique, qui est de nature mosaïque fluide. La membrane est élastique et très fine, de nature sélectivement perméable. Il permet de contrôler le passage des matériaux à l'intérieur et à l'extérieur des cellules. Les algues ont un noyau de forme sphérique ou elliptique bien organisé, qui est entouré d'une membrane nucléaire distincte et à double couche. Dans ce cas, la membrane externe est attachée au réticulum endoplasmique (RE), tandis que la membrane interne contient une matrice ou une caryolymphe avec un réticulum chromatinien.

Le nombre de nucléoles ou d'endosomes varie dans différentes cellules d'algues avec un nombre variable de chromosomes. Porphyra linearis contient le plus petit nombre de chromosomes (n=2), tandis que le plus grand nombre de chromosomes se trouve dans Netrium digital (n=592).

Cellules Organelles

Like other eukaryotic cells, eukaryotic algal cells have membrane-bound cell organelles like chloroplasts, mitochondria, Golgi apparatus, ribosomes, endoplasmic reticulum, and in some cases, eyespot or stigma. In the prokaryotic algal cell, the nucleus is not surrounded by a membrane. In this case, the protoplasm is separated by photosynthetic pigments containing outer peripheral chromoplasm and colorless inner centroplasm.

Noyau

Most of the algal cells are uni-nucleated, but in some cases, they are multinucleated.

Plastides

Algal cells have colorful plastids, the chloroplasts. It is the prominent feature which is bounded by double-membrane structure their number and shape vary in different species.

The chloroplasts of algae have various forms and shapes in algae, eight main types are recognized: discoid (Chara), cup-shaped (Volvox), parietal, spiral (Spirogyre), C-shaped or girdle shaped (Ulothrix), reticulate (Oedogonium), ribbed (Volvocales), and stellate (Zygnema).

The chloroplast contains the following three major structural regions:

Envelope: It is the two membranous enclosed spaces.

Stroma: It is a very important structure that helps to store starch and contains enzymes for protein synthesis and metabolism.

Internal lamellar membranes: It is a highly organized membrane that contains different types of pigments for capturing energy. This lamellar system forms sac-like discs or thylakoid, which are stacked together and form grana. This thylakoid provides space for the chlorophyll a and other accessory pigments.

In most cases, chloroplasts have a glycoprotein structure, known as a pyrenoid. Chloroplasts of all kinds of algae have photosynthetic chlorophyll pigments which provide the actual color of the thallus.

In algae, five types of chlorophylls are found (Chlorophyll a, b, c, d, and e). Among them, chlorophyll a is found in all groups of algae, while chlorophyll b is present only in Chlorophyceae. Chlorophyll c is located in the representatives of Bacillariophyceae Cryptophyceae, Chryso-phyceae, and Phaeophyceae, chlorophyll d is seen in some red algae, and chlorophyll e is found in certain Xanthophyceae.

Besides chlorophyll, they also show various carotenoid pigments that impart different colors to algae as blue phycocyanin, yellow-brown fucoxanthin, brown phaeophycin, red phycoerythrin, etc. In this case, carotenoids are composed of carotenes and xanthophylls. In algal cells, the following five types of carotenes are found: α-carotene, β-carotene, c-carotene, e- carotene, and flavacene.

Besides carotene, several types of xanthophylls are found, such as lutein, violaxanthin, neoxanthin, fucoxanthin, myxoxanthophyll, myxoxanthin and oscilloxan. In this case, fucoxanthin is the main xanthophyll pigment.

In algae, phycobilins are also found as accessory pigments. They act as bilioproteins and provide either blue (phycocyanin) or red (phycoerythrin) in color. These types of pigments are found only in Rhodophyceae and Cyanophyceae, which absorb and transfer the light energy to the reaction center. Chloroplasts also contain proteinaceous bodies, known as pyrenoids. They perform to synthesize and store starch.

Reserve food

The staple reserve food of algal cells is carbohydrate. Different algae have different types of reserve carbohydrates. Green algae (Chlorophyceae) have starch, brown algae (Phaeophycea) have laminarin, and mannitol, yellow-golden (Chlorophytes) algae have volutin, red algae (Rhodophyceae) have Floridian starch as reserve food. Besides, these algae have oil and fat, leucocin, paramylum as reserve food.

Concluding Remarks

Algae are a diverse group and very familiar to most people. They play an important role in the freshwater environment and act as the base for the aquatic food chain supporting all fisheries in the inland and oceans. They also remove excess nutrients and pollutants from the water controlling eutrophication. In some cases, excessive growth of algae can cause harmful effects to aquatic environments.


Difference Between Red and Green Algae

Algae are a group of organisms showing high diversity among them. They are grouped into one, based on the fact that they also can perform photosynthesis like plants do. These organisms mostly reside in aquatic environments. In the classification, we find 3 main classes of algae namely, Red algae, Green algae, and Brown algae. All the algae are eukaryotes having double membrane bound organelles and show complex cellular organization when compared to bacteria.

Red algae belong to phylum (group) Rhodophyta. They are “Red” because they seem red in color mainly due to the presence of pigments phycoerythrin, a reddish pigment. Some red algae having low phycoerythrin content may also appear in greenish, bluish colors. These multicellular organisms have the ability to secrete calcium carbonate e.g. sea weed. Therefore, red algae are very important in making of tropical coral reefs. Most of the red algae are found in sea water while some are also found in fresh waters. Red algae can photosynthesize. They appear in red because they absorb counter color blue, a high energy wavelength. Since the blue color radiation can penetrate deeper in the ocean, red algae can live and photosynthesize in deep oceans, unlike many other algae. Red algae are a popular food in many parts of the world due to the high vitamin and protein content. In Japan, it is used to make nori. Red algae are also used to make agar.

Green Algae

Green algae are the most diverse group of algae living in many forms and habitats. They appear green in color because they contain chlorophyll pigments, similar to plants. But in unfavorable environmental conditions some also appear in red color. Algae are considered to be the closest to plants in the history of evolution. Green algae can be unicellular or multicellular and can be found in bag like colonies, spherical colonies, flagellated and motile forms, long filament and thread like forms. Most of the green algae are found in fresh water, humid soil, attached to rocks and tree barks, but some are found in marine environments as well, e.g. Ulva. Green algae can also photosynthesize. However, they absorb red light, a low energy wavelength than the red algae. Because red light cannot penetrate much deeper in the ocean, these algae are found in low tide areas, attached to rocks. Some green algae show symbiotic associations with fungi and lichens.

What is the difference between Red algae and Green Algae?

• Red algae generally appear in red color while green algae generally appear in green color.

• Red algae are mainly found in the marine environment while green algae are found in many environments like fresh water, snow, attached to tree barks and in symbiosis with fungi and lichens.

• Red algae can live in the deep sea because they absorb high energy blue light and green algae are restricted to low tide areas because they absorb red light, which has lower energy.

• Red algae are used as a food source while green algae are considered as potential bio-fuels.


18: Red and Green Algae - Biology

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Describe the traits shared by green algae and land plants
  • Explain why charophytes are considered the closest algal relative to land plants
  • Explain how current phylogenetic relationships are reshaped by comparative analysis of DNA sequences

Streptophytes

Until recently, all photosynthetic eukaryotes were classified as members of the kingdom Plantae. The brown and golden algae, however, are now reassigned to the protist supergroup Chromalveolata. This is because apart from their ability to capture light energy and fix CO2, they lack many structural and biochemical traits that are characteristic of plants. The plants are now classified, along with the red and green algae, in the protist supergroup Archaeplastida. Green algae contain the same carotenoids and chlorophyll a and b as land plants, whereas other algae have different accessory pigments and types of chlorophyll molecules in addition to chlorophyll a. Both green algae and land plants also store carbohydrates as starch. Their cells contain chloroplasts that display a dizzying variety of shapes, and their cell walls contain cellulose, as do land plants. Which of the green algae to include among the plants has not been phylogenetically resolved.

Green algae fall into two major groups, the chlorophytes and the charophytes. The chlorophytes include the genera Chlorelle, Chlamydomonas, the “sea lettuce” Ulva, and the colonial alga Volvox. The charophytes include desmids, as well as the genera Spirogyre, Coleochaete, et Chara. There are familiar green algae in both groups. Some green algae are single cells, such as Chlamydomonas and desmids, which adds to the ambiguity of green algae classification, because plants are multicellular. Other green algae, like Volvox, form colonies, and some, like Ulva are multicellular ((Figure)). Spirogyre is a long filament of colonial cells. Most members of this genus live in fresh water, brackish water, seawater, or even in snow patches. A few green algae can survive on soil, provided it is covered by a thin film of moisture within which they can live. Periodic dry spells provide a selective advantage to algae that can survive water stress.

Figure 1. Green algae. Charophyta include (a) Spirogyra and (b) desmids. Chlorophyta include (c) Chlamydomonas, and (d) Ulva. Desmids and Chlamydomonas are single-celled organisms, Spirogyra forms chains of cells, and Ulva forms multicellular structures resembling leaves, although the cells are not differentiated as they are in higher plants (credit b: modification of work by Derek Keats credit c: modification of work by Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College credit d: modification of work by Holger Krisp scale-bar data from Matt Russell)

The chlorophytes and the charophytes differ in a few respects that, in addition to molecular analysis, place the land plants as a sister group of the charophytes. First, cells in charophytes and the land plants divide along cell plates called phragmoplasts, in which microtubules parallel to the spindle serve as guides for the vesicles of the forming cell plate. In the chlorophytes, the cell plate is organized by a phycoplast, in which the microtubules are perpendicular to the spindle. Second, only the charophytes and the land plants have plasmodesmata, or intercellular channels that allow the transfer of materials from cell to cell. In the chlorophytes, intercellular connections do not persist in mature multicellular forms. Finally, both charophytes and the land plants show croissance apicale—growth from the tips of the plant rather than throughout the plant body. Consequently, land plants and the charophytes are now part of a new monophyletic group called Streptophyta.

Reproduction of Green Algae

Green algae reproduce both asexually, by fragmentation or dispersal of spores, or sexually, by producing gametes that fuse during fertilization. In a single-celled organism such as Chlamydomonas, there is no mitosis after fertilization. In the multicellular Ulva, a sporophyte grows by mitosis after fertilization (and thus exhibits alternation of generations). Les deux Chlamydomonas et Ulva produce flagellated gametes.

Charophytes

The charophytes include several different algal orders that have each been suggested to be the closest relatives of the land plants: the Charales, the Zygnematales, and the Coleochaetales. The Charales can be traced back 420 million years. They live in a range of freshwater habitats and vary in size from a few millimeters to a meter in length. The representative genus is Chara ((Figure)), often called muskgrass or skunkweed because of its unpleasant smell. Large cells form the thallus: the main stem of the alga. Branches arising from the nodes are made of smaller cells. Male and female reproductive structures are found on the nodes, and the sperm have flagella. Although Chara looks superficially like some land plants, a major difference is that the stem has no supportive tissue. However, the Charales exhibit a number of traits that are significant for adaptation to land life. They produce the compounds lignine et sporopollenin, and form plasmodesmata that connect the cytoplasm of adjacent cells. Although the life cycle of the Charales is haplontic (the main form is haploid, and diploid zygotes are formed but have a brief existence), the egg, and later, the zygote, form in a protected chamber on the haploid parent plant.

Figure 2. Chara. The representative alga, Chara, is a noxious weed in Florida, where it clogs waterways. (credit: South Florida Information Access, U.S. Geological Survey)

The Coleochaetes are branched or disclike multicellular forms. They can produce both sexually and asexually, but the life cycle is basically haplontic. Recent extensive DNA sequence analysis of charophytes indicates that the Zygnematales are more closely related to the embryophytes than the Charales or the Coleochaetales. The Zygnematales include the familiar genus Spirogyre, as well as the desmids. As techniques in DNA analysis improve and new information on comparative genomics arises, the phylogenetic connections between the charophytes and the land plants will continued to be examined to produce a satisfactory solution to the mystery of the origin of land plants.

Résumé de la section

Charophytes share more traits with land plants than do other algae, according to structural features and DNA analysis. Within the charophytes, the Charales, the Coleochaetales, and the Zygnematales have been each considered as sharing the closest common ancestry with the land plants. Charophytes form sporopollenin and precursors of lignin, phragmoplasts, and have flagellated sperm. They do not exhibit alternation of generations.

Questions de révision

What characteristic of Charales would enable them to survive a dry spell?


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