Manipulation des voies de signalisation de l'énergie pour améliorer la production des biocarburants chez les organismes photosynthétiques

Manipulating energy signaling to improve biofuel production in photosynthetic eukaryotes

• Auteur / Autrice : Seddik Harchouni
• Direction : Benoît Menand, Ben Field
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale
• Date : Soutenance le 19/12/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille - Laboratoire de génétique et de Biophysique des plantes. Faculté des sciences (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Rameau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Livia Merendino, Yonghua Li-Beisson, Christophe Robaglia
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alessandro Alboresi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thylakoïdes

Lipase pancréatique

Physcomitrella

Mots clés libres

Physcomitrella

PpGpp

Tor

Azd8055

Lipid

Résumé

Les triacylglycérol (TAG) est un métabolite hautement énergétique qui peut être facilement converti en biodiesel. Les TAG peuvent être produits à partir de plantes et de microalgues. L'étude des voies de signalisation de l'énergie peut offrir de nouvelles stratégies pour améliorer l'accumulation de biomasse et de TAG sans compromettre la croissance. Dans cette thèse, j'ai étudié le rôle de deux voies principales de signalisation énergétique: la voie du de guanosine ppGpp (guanosine penta(tétra) phosphate) dans le chloroplaste et la voie de TOR (Target of rapamycin) dans le cytosol. J'ai choisi de travailler sur la mousse Physcomitrella patens, un modèle d'eucaryote photosynthétique en raison de sa position évolutive entre les algues et les plantes vasculaires. Pour étudier le rôle du ppGpp, nous avons créé des lignées transgéniques exprimant de manière inductible une ppGpp synthase et sur-accumulant le ppGpp. J'ai trouvé que l'induction de SYN provoque une forte inhibition de la capacité photosynthétique en raison de l'inhibition de l'expression des protéines clés codées par les chloroplastes et aussi une réorganisation des membranes thylakoïdes. Pour l’étude de TOR nous avons traité la mousse avec des inhibiteurs de TOR et montré que cela provoque l’inhibition de la croissance de manière dose dépendante et l’accumulation de TAG. L’utilisation des marqueurs lipidiques a révélé la perte de petites vésicules associées à la croissance et l'accumulation de plus grandes structures de corps lipidiques. Des études supplémentaires permettront de développer des stratégies pour améliorer la production de biocarburants chez les organismes photosynthétiques.

Triacylglycerol (TAG) is a highly energetic metabolite that can be easily converted into biodiesel. TAG can be produced from both plants and microalgae. However, plants have low TAG yields in their dominant vegetative tissues. Microalgae can accumulate high amounts of TAG, but only under stress, leading to growth inhibition and limiting yield. The study and manipulation of stress and energy signaling pathways can offer new strategies to improve biomass and TAG accumulation without compromising growth. In this thesis, I studied the role of two major energy signaling pathways: the guanosine penta(tetra) phosphate (ppGpp) pathway in the chloroplast and the target of rapamycin (TOR) pathway in the cytosol. I chose to work on the moss Physcomitrella patens which is an interesting model of photosynthetic eukaryote because of its evolutionary position between algae and vascular plants. To study the role of ppGpp we created transgenic lines that inducibly express a ppGpp synthase and over-accumulate ppGpp. I found that ppGpp accumulation causes a strong inhibition of photosynthetic capacity due to the inhibition of the expression of key chloroplast encoded proteins, and also reorganization of the thylakoid membrane system into super grana. For the TOR pathway, we treated P. patens protonema with active site TOR inhibitors and showed that this cause growth inhibition in a dose dependent manner and is accompanied by TAG accumulation. The use of lipid dyes reveals a shift from small growth associated vesicles to a larger oil body structures after treatment. Further studies will allow the development of new strategies for improving biofuel production in photosynthetic organisms.