Investigation of the regulation of photosynthesis at the molecular level for improvement of plant growth and productivity under limiting light conditions

• Auteur / Autrice : Thi thu huong Khuong
• Direction : Christophe Robaglia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale
• Date : Soutenance le 17/01/2013
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Brigitte Meunier-Gontero
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stefano Caffarri
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rebecca Stevens, Laurent Cournac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lumière -- Absorption

Environnement

Photosynthèse

Mots clés libres

Photosynthèse

Psbs

NPQ

PSII

PPH1

Transition d'état

Photosynthesis state transition

Psbs

NPQ

PSII

PPH1

State transition

Résumé

La lumière est indispensable à la survie des plantes via le processus photosynthétique, pourtant les plantes doivent s'adapter à différentes conditions environnementales où la quantité et la qualité de la lumière peuvent être non optimales pour la photosynthèse. Cela peut provoquer des dégâts photo-induits par formation d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), qui sont dangereux pour la plante. Pour limiter la formation des ROS, les plantes mettent en place une régulation importante qui est la dissipation thermique de l'énergie absorbée en excès, appelé Non photochemical quenching (NPQ). Il est connu que la protéine PsbS joue le rôle clé de senseur du pH bas du lumen thylacoïdal, qui est le signal initial pour activer le NPQ. Dans le contexte de cette thèse, on propose d'étudier l'hypothèse que l'absence de la protéine PsbS (diminué NPQ) pourrait augmenter la croissance et la productivité des plantes en conditions contrôlées de faible lumière par l'éminilation de la protéine PsbS chez Arabidopsis thaliana et chez la tomate. Les résultats obtenus indiquent qu'en lumière faible les plantes mutantes montrent une augmentation du rendement de photosystème II conduisant une croissance et un nombre de fleurs significativement augmentés par rapport aux plantes sauvages.De plus, une autre régulation de la photosynthèse, nommée « transitions d'état », est importante pour optimiser la photosynthèse en réponse aux variations de la quantité et de la qualité de la lumière, grâce à la migration réversible des antennes collectrices d'énergie LHCII phosphorylées du PSII au PSI, c'est aussi étudié dans ma thèse.

Light is indispensable for plant survival, but plants have to cope with different environmental situations where light quantity and quality can be not optimal for photosynthesis. This can cause photodamage due to the formation of harmful reactive oxygen species (ROS). To limit ROS formation, plants developed a mechanism important as the dissipation of excess absorbed energy as heat and is called Non Photochemical Quenching (NPQ). The PsbS protein plays the key role of sensor of the low lumenal pH, the signal to activate NPQ. In this thesis, we proposed and investigated the hypothesis that PsbS absence (NPQ decrease) would improve growth under controlled low light upon elimination of the PsbS in Arabidopsis and tomato plants. Results showed that the increase of photosystem II yield in mutant plants leaded to a significant improvement of growth and flower number in mutants as compared with wild type plants under low light, suggesting that this mutation could be useful to improve plant performances in controlled conditions where light is strongly limiting. In addition, another photosynthetic regulation, called “state transitions”, which is important to optimize photosynthesis under variable light for intensity and quality thank to reversible migration of phosphorylated light harvesting complexes LHCII from PSII to PSI also investigated in my thesis.