Les cyanobactéries marines du genre Prochlorococcus (Chisholm et al, 1992) constituent le groupe d’organismes photosynthétiques le plus abondant sur Terre (Partensky et al, 1999). Elles possèdent, en effet, une distribution virtuellement ubiquiste dans la bande comprise entre 40° de latitude Nord et Sud. Elles sont souvent présentes dans ces régions océaniques à des concentrations atteignant 3.10⁵ cellules / ml et peuvent se développer jusqu’à 150 à 200 mètres de profondeur, là où la quantité d’énergie lumineuse est inférieure de 3 ordres de magnitude à celle qui arrive en surface. Avec une taille comprise entre 0.5 et 0.7 µm, ces cyanobactéries représentent également les organismes photosynthétiques les plus petits connus à l’heure actuelle. Cette taille minuscule facilite l’acquisition des sels nutritifs dont les concentrations sont particulièrement faibles dans la couche de surface des régions centrales océaniques, là où les cellules de Prochlorococcus dominent les communautés phytoplanctoniques.

Outre son importance écologique, les cellules de ce genre représentent 40 à 50 % de la biomasse phytoplanctonique des zones oligotrophes, le genre Prochlorococcus possède de nombreuses particularités qui le distingue des autres cyanobactéries. Ainsi, Prochlorococcus possède une composition pigmentaire unique puisque les 2 principaux pigments sont des dérivés divinylés de la chlorophylle a (Chl a2) et de la chlorophylle b (Chl b2) (Goericke et Repeta, 1992). De même, l'antenne permettant la capture de l’énergie lumineuse est constituée d'une protéine présente dans la membrane des thylacoïdes et fixant la Chl a2 et la Chl b2 (La Roche et al, 1996). L’antenne photocollectrice des cyanobactéries typiques, quant à elle, est un complexe multiprotéique accolé à la membrane des thylacoïdes et appelé phycobilisome. L’antenne de Prochlorococcus ressemble, par son organisation et sa capacité à fixer la Chl b2 aux antennes observées chez les plantes supérieures (Light Harvesting Complex). Cependant, les gènes codant ces 2 types d’antenne semblent avoir des origines phylogénétiques différentes .

Les études effectuées sur des souches en culture de Prochlorococcus et sur des populations du milieu naturel ont montré qu’au moins deux "types écologiques" se développent dans la colonne d’eau et sont adaptés à des niches écologiques distinctes (Campbell et Vaulot, 1993; Moore et al, 1998). Le premier est présent en surface (0 à 100 m) où la quantité d’énergie lumineuse est importante et où les concentrations en sels nutritifs sont très faibles. Le deuxième type prolifère à plus grande profondeur (80 à 200 m) dans des eaux beaucoup plus riches en sels nutritifs, mais avec une très faible luminosité. Ces 2 types présentent une composition pigmentaire (rapport Chl b2 sur Chl a2 ) ainsi que des caractéristiques physiologiques (intensité lumineuse optimale pour la croissance et la photosynthèse) et génétiques (séquence du gène de l’ARNr 16S) différentes et correspondent probablement à des espèces différentes.

Des études récentes ont révélées certains des mécanismes moléculaires expliquant les différences écophysiologiques observées entre les types de surface et de profondeur. Ainsi, les génomes des souches de profondeur contiennent plusieurs copies du gène pcb (jusqu'à 8 copies différentes chez la souche SS120) qui code pour la protéine de l'antenne photocollectrice (Garczarek et al, 2000). Au contraire, un seul gène pcb a été trouvé chez toutes les souches de surface. La multiplication spécifique de ces gènes, accompagnée par une diversification de leurs fonctions, résulte probablement d'une adaptation à la faible luminosité de la niche de profondeur.

Afin de mieux comprendre l’évolution de Prochlorococcus et pour identifier les gènes expliquant l’adaptation et le succès écologique de cet organisme, un consortium d'équipes, coordonné par l'équipe phytoplancton océanique, a demandé le séquençage du génome de la souche de profondeur Prochlorococcus marinus SS120 (CCMP1375) par le Genoscope (Evry). Cette souche est l’une des mieux caractérisées écophysiologiquement. D’autre part le Joint Genome Institute (JGI, Walnut Creek, Californie) du département de l’énergie américain a terminé le séquençage du génome d’une souche de surface (P. marinus MED4) ainsi que celui d’une autre souche de profondeur (P. marinus MIT9313) assez différente de la souche SS120 car elle se situe à la base de la radiation des Prochlorococcus. Enfin, le génome d'une autre cyanobactérie marine appartenant au genre Synechococcus (Synechococcus sp. WH8102) et très proche phylogénétiquement des Prochlorococcus a également été séquencé par le JGI.

L’état de ces 4 projets de séquençage ainsi les caractéristique de ces génomes sont résumés dans le tableau suivant .