Summary In multicellular organisms, Polycomb Repressive Complex2 (PRC2) is known to deposit H3K27me3 to establish and maintain gene silencing, critical for developmentally regulated processes. PRC2 complex is absent in both widely studied model yeasts which initially suggested that PRC2 arose with the emergence of multicellularity. However, its discovery in several unicellular species including microalgae questions its role in unicellular eukaryotes. Here, we use Phaeodactylum tricornutum enhancer of zeste E(z) knockouts and show that P. tricornutum E(z) is responsible for di and tri-methylation of lysine 27 of histone H3. H3K27me3 depletion abolishes cell morphology in P. tricornutum providing evidence for its role in cell differentiation. Genome wide profiling of H3K27me3 in fusiform and triradiate cells further revealed genes that may specify cell identity. These results suggest a role for PRC2 and its associated mark in cell differentiation in unicellular species and highlight their ancestral function in a broader evolutionary context than is currently appreciated.

Abstract The Arctic Ocean is being impacted by warming temperatures, increasing freshwater and highly variable ice conditions. The microalgal communities underpinning Arctic marine food webs, once thought to be dominated by diatoms, include a phylogenetically diverse range of small algal species, whose biology remains poorly understood. Here, we present genome sequences of a cryptomonad, a haptophyte, a chrysophyte, and a pelagophyte, isolated from the Arctic water column and ice. Comparing protein family distributions and sequence similarity across a densely-sampled set of algal genomes and transcriptomes, we note striking convergences in the biology of distantly related small Arctic algae, compared to non-Arctic relatives; although this convergence is largely exclusive of Arctic diatoms. Using high-throughput phylogenetic approaches, incorporating environmental sequence data from Tara Oceans, we demonstrate that this convergence was partly explained by horizontal gene transfers (HGT) between Arctic species, in over at least 30 other discrete gene families, and most notably in ice-binding domains (IBD). These Arctic-specific genes have been repeatedly transferred between Arctic algae, and are independent of equivalent HGTs in the Antarctic Southern Ocean. Our data provide insights into the specialized Arctic marine microbiome, and underlines the role of geographically-limited HGT as a driver of environmental adaptation in eukaryotic algae.

Abstract Cytosine methylation is an important epigenetic mark involved in the transcriptional control of transposable elements in mammals, plants and fungi. The Stramenopiles-Alveolate-Rhizaria (SAR) lineages are a major group of ecologically important marine microeukaryotes that include the main phytoplankton groups diatoms and dinoflagellates. However, little is known about their DNA methyltransferase diversity. Here, we performed an in-silico analysis of DNA methyltransferases found in marine microeukaryotes and showed that they encode divergent DNMT3, DNMT4, DNMT5 and DNMT6 enzymes. Furthermore, we found three classes of enzymes within the DNMT5 family. Using a CRISPR/Cas9 strategy we demonstrated that the loss of the DNMT5a gene correlates with a global depletion of DNA methylation and overexpression of young transposable elements in the model diatom Phaeodactylum tricornutum . The study provides a pioneering view of the structure and function of a DNMT family in the SAR supergroup using an attractive model species.

2dSS is a web-server for visualising and comparing secondary structure predictions. It provides two main functionalities: 2D-alignment and compare predictions. The "2D-alignment'' has been designed to visualise conserved secondary structure elements in a multiple sequence alignment (MSA). From this we can study the secondary structure content of homologous proteins (a protein family) and highlight its structural patterns. The "compare predictions" has been designed to compare the output of several secondary structure prediction tools, and check their accuracy when compared with real secondary structure elements extracted from 3D-structure. 2dSS provides a comprehensive representation of protein secondary structure elements, and it can be used to visualise and compare secondary structures of any prediction tool. Availability: http://genome.lcqb.upmc.fr/2dss/

Abstract Diatoms are one of the most successful and ecologically important groups of eukaryotic phytoplankton in the modern ocean. Deciphering their genomes is a key step towards better understanding of their biological innovations, evolutionary origins, and ecological underpinnings. Here, we have used 90 RNA-Seq datasets from different growth conditions combined with published expressed sequence tags and protein sequences from multiple taxa to explore the genome of the model diatom Phaeodactylum tricornutum, and introduce 1,489 novel genes. The new annotation additionally permitted the discovery for the first time of extensive alternative splicing (AS) in diatoms, including intron retention and exon skipping which increases the diversity of transcripts to regulate gene expression in response to nutrient limitations. In addition, we have used up-to-date reference sequence libraries to dissect the taxonomic origins of diatom genomes. We show that the P. tricornutum genome is replete in lineage-specific genes, with up to 47% of the gene models present only possessing orthologues in other stramenopile groups. Finally, we have performed a comprehensive de novo annotation of repetitive elements showing novel classes of TEs such as SINE, MITE, LINE and TRIM/LARD. This work provides a solid foundation for future studies of diatom gene function, evolution and ecology.

The characterization of protein functions is one of the main challenges in bioinformatics. Proteins are often composed of individual units termed domains, motifs that can evolve independently. The domain architecture of a given protein is the particular order and the content of its numerous domains. Some computational approaches predict the most likely domain architecture for a set of proteins. However, a few numbers of visualization tools exist, and most of them are unavailable. Here we present DAVI, an efficient and user-friendly web server for protein domain architecture clustering and visualization. DAVI accepts the output of most used domain architecture prediction tools and also produces domain architectures for a set of protein sequences. It provides a rich visualization for comparing, analyzing, and visualizing domain architectures. Availability http://genome.lcqb.upmc.fr/Domain-Architecture-Viewer