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Genome structure and metabolic features in the red seaweed Chondrus crispus shed light on evolution of the Archaeplastida

Authors :
Tristan Barbeyron
Wilfrid Carré
Michael Katinka
Loraine Brillet
Klaus Valentin
Karine Labadie
Betina M. Porcel
Zofia Nehr
Francisco Cabello-Hurtado
Mirjam Czjzek
Benjamin Noel
Philippe Deschamps
Susana M. Coelho
John H. F. Bothwell
Pascal J. Lopez
Marek Eliáš
François Artiguenave
François-Yves Bouget
Thierry Tonon
Jean Weissenbach
Christophe Colleoni
Deirdre H. McLachlan
Ahmed A. Moustafa
Cécile Hervé
Olivier Panaud
Catherine Boyen
Jonas Collén
Antonios Zambounis
Frédéric Partensky
Cristian Chaparro
Ludovic Delage
Jose Fernandes Barbosa-Neto
Salvador Capella-Gutierrez
Bernard Kloareg
Nathalie Kowalczyk
Gaelle Samson
Gurvan Michel
Simon M. Dittami
Jean-Marc Aury
J. Mark Cock
Patrick Wincker
Agnès Groisillier
Pi Nyvall Collén
Bénédicte Charrier
Corinne Da Silva
Catherine Leblanc
Lionel Cladière
Alok Arun
Laurence Meslet-Cladiere
Claire M. M. Gachon
Sylvie Rousvoal
Kamel Jabbari
Stefan A. Rensing
Toni Gabaldón
Steven G. Ball
Aikaterini Symeonidi
Julie Poulain
Végétaux marins et biomolécules
Station biologique de Roscoff [Roscoff] (SBR)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-GOEMAR-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Procaryotes Phototrophes Marins = MArine Phototrophic Prokaryotes (MAPP)
Adaptation et diversité en milieu marin (AD2M)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Station biologique de Roscoff [Roscoff] (SBR)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'Energie Atomique
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Génomique métabolique (UMR 8030)
Genoscope - Centre national de séquençage [Evry] (GENOSCOPE)
Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle UMR 8576 (UGSF)
Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Génome et développement des plantes (LGDP)
Université de Perpignan Via Domitia (UPVD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)
Department of Plant Physiology, Faculty of Sciences
Charles University [Prague] (CU)
Belfast e-Science Centre [Belfast] (BESC)
Queen's University [Belfast] (QUB)
Laboratoire d'Océanographie Microbienne (LOMIC)
Observatoire océanologique de Banyuls (OOB)
Ecosystèmes, biodiversité, évolution [Rennes] (ECOBIO)
Université de Rennes (UR)-Institut Ecologie et Environnement (INEE)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Rennes (OSUR)
Université de Rennes (UR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Universitat Pompeu Fabra [Barcelona] (UPF)
Center for Genomic Regulation (CRG-UPF)
CIBER de Epidemiología y Salud Pública (CIBERESP)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Laboratoire de Biologie Intégrative des Modèles Marins (LBI2M)
Bioinformatics and Genomics Programme
Centre for Genomic Regulation (CRG)
Scottish Association for Marine Science (SAMS)
Institut de biologie de l'ENS Paris (IBENS)
Département de Biologie - ENS Paris
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Biologie des Organismes et Ecosystèmes Aquatiques (BOREA)
Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université des Antilles (UA)
Laboratoire des Sciences de l'Environnement Marin (LEMAR) (LEMAR)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Department of Biology and Biotechnology Graduate Program, American University in Cairo
American University in Cairo
University of Freiburg [Freiburg]
Freiburg Initiative in Systems Biology
Centre for Research and Technology Hellas (CERTH)
Institut de Génomique d'Evry (IG)
Université Paris-Saclay-Institut de Biologie François JACOB (JACOB)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
MArine Phototrophic Prokaryotes (MAPP)
Adaptation et diversité en milieu marin (ADMM)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Station biologique de Roscoff [Roscoff] (SBR)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Station biologique de Roscoff [Roscoff] (SBR)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)
Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle - UMR 8576 (UGSF)
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Charles University [Prague]
Université de Rennes 1 (UR1)
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Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Rennes (OSUR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Universitat Pompeu Fabra [Barcelona]
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Station biologique de Roscoff [Roscoff] (SBR)
Institut de biologie de l'ENS Paris (UMR 8197/1024) (IBENS)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Brest (UBO)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Center for Research and Technology Hellas
Institut de Biologie François JACOB (JACOB)
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Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)
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Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
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Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Brest (UBO)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2013, 110 (13), pp.5247-52. ⟨10.1073/pnas.1221259110⟩, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, National Academy of Sciences, 2013, 110 (13), pp.5247-52. ⟨10.1073/pnas.1221259110⟩
Publication Year :
2013
Publisher :
HAL CCSD, 2013.

Abstract

Red seaweeds are key components of coastal ecosystems and are economically important as food and as a source of gelling agents, but their genes and genomes have received little attention. Here we report the sequencing of the 105-Mbp genome of the florideophyte Chondrus crispus (Irish moss) and the annotation of the 9,606 genes. The genome features an unusual structure characterized by gene-dense regions surrounded by repeat-rich regions dominated by transposable elements. Despite its fairly large size, this genome shows features typical of compact genomes, e.g., on average only 0.3 introns per gene, short introns, low median distance between genes, small gene families, and no indication of large-scale genome duplication. The genome also gives insights into the metabolism of marine red algae and adaptations to the marine environment, including genes related to halogen metabolism, oxylipins, and multicellularity (microRNA processing and transcription factors). Particularly interesting are features related to carbohydrate metabolism, which include a minimalistic gene set for starch biosynthesis, the presence of cellulose synthases acquired before the primary endosymbiosis showing the polyphyly of cellulose synthesis in Archaeplastida, and cellulases absent in terrestrial plants as well as the occurrence of a mannosylglycerate synthase potentially originating from a marine bacterium. To explain the observations on genome structure and gene content, we propose an evolutionary scenario involving an ancestral red alga that was driven by early ecological forces to lose genes, introns, and intergenetic DNA; this loss was followed by an expansion of genome size as a consequence of activity of transposable elements.

Details

Language :
English
ISSN :
00278424 and 10916490
Database :
OpenAIRE
Journal :
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2013, 110 (13), pp.5247-52. ⟨10.1073/pnas.1221259110⟩, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, National Academy of Sciences, 2013, 110 (13), pp.5247-52. ⟨10.1073/pnas.1221259110⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....f5814a75d5e6ea946fc2026472124b80
Full Text :
https://doi.org/10.1073/pnas.1221259110⟩