Rôle des horloges circadiennes dans la synchronisation saisonnière dans l’Arctique

Ce projet est réalisé dans le cadre d'un partenariat entre l'Université Laval et l'Université de Tromsø.

Chercheurs principaux

David Hazlerigg, Johann Lavaud

Co-chercheurs

Paul De Koninck, Flavie Lavoie-Cardinal, Shona Wood

Collaborateurs

Marcel Babin, Angela Falciatore, Simen Rød Sandve

Résumé du projet

Ce projet adoptera une approche interdisciplinaire afin de comprendre la relation entre les processus circadiens et saisonniers chez deux espèces très différentes de l’Arctique, la microalgue diatomée Fragilariopsis cylindrus et le saumon de l’Atlantique Nord (Salmo salar), d’importance écologique et économique cruciale pour les populations nordiques du Canada et de la Norvège. Les horloges circadiennes contrôlent les réactions saisonnières chez de nombreuses espèces vivant en climats tempérés, mais leur rôle demeure mal compris chez les espèces arctiques, qui sont exposées à de longues périodes de lumière et d’obscurité continues pendant les solstices d’été et d’hiver, respectivement.

Nous aborderons ce problème à l’aide de manipulations lumineuses normalisées destinées à établir les propriétés explicites de la réaction à la photopériode, définies en termes de processus associés à la phase active estivale (croissance, division cellulaire et activité du métabolisme accrue) et à la phase de quiescence hivernale (accumulation d’énergie, arrêt de croissance, sortie du cycle cellulaire), et la transition entre ces deux périodes. Nous aborderons ensuite les bases moléculaires et cellulaires de la réaction saisonnière chez les deux organismes étudiés, d’abord par le profilage d’ARN, puis par des technologies de profilage épigénétique pour découvrir les principaux points de modulation génétique. Cela nous permettra également de définir la réaction transcriptionnelle au changement de photopériode. Les analyses transcriptomiques et épigénomiques définiront les principales voies régulatrices et permettront d’adopter des approches de modélisation de réseaux et d’évaluer la conservation mécanique de noyaux de populations entre organismes divergents de l’Arctique. Pour comprendre les mécanismes moléculaires qui impliquent des gènes sortants sélectionnés, nous examinerons leur emplacement subcellulaire et leurs interactions à l’échelle nanométrique dans les diatomées ainsi qu’à l’intérieur du noyau et du cytoplasme des neurones du saumon par nanoscopie optique. Afin d’accélérer et d’améliorer le rendement de la nanoscopie optique sur ces échantillons, nous appliquerons l’optimisation en ligne du nanoscope par apprentissage automatique, ainsi que l’analyse d’image basée sur l’apprentissage profond.

Nous prévoyons que les résultats de notre projet contribueront à améliorer la recherche actuelle et future sur la chronobiologie de l’Arctique avec des applications potentielles en santé, en économie et en écologie pour les populations du Nord, grâce aux projets connexes en cours de Sentinelle Nord et de l’Université de Norvège (UiT). Plus précisément, le projet vise à :
i) aider à la compréhension des processus métaboliques fondamentaux qui sous-tendent le succès écologique des diatomées, producteurs primaires essentiels, et probablement aborder la bioprospection de molécules à valeur ajoutée dont elles font la synthèse;
ii) fournir une meilleure compréhension de la chronobiologie des salmonidés, une étape essentielle pour améliorer les méthodes de production durables favorisant le bien-être et les stratégies de maintien des populations sauvages par la gestion et le repeuplement;
iii) fournir de nouveaux outils qui pourront être exploités dans la conception future d’outils optiques de détection et de surveillance des caractéristiques changeantes des écosystèmes du Nord.