Décrypter le métabolisme des lipides dans les microalgues en utilisant des approches de génétique moléculaire

Lipid metabolism and storage in the microalga Chlamydomonas reinhardtii

• Auteur / Autrice : Hugh Goold
• Direction : Brian Jones
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 24/03/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille en cotutelle avec University of Sydney
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Michael Kertesz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robert Willows, Vincent Chochois, Gilles Peltier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Qing Liu, Britta Forster

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie moléculaire

Chlamydomonas

Algues

Protéomique

Génomique

Mots clés libres

Genomique

Proteomique

Algue

Plante

Chlamydomonas

Biologie moleculaire

Lipidomique

Lipide

Genomics

Proteomics

Algae

Plants

Chlamydomonas

Molecular Biology

Lipidomics

Lipid

Résumé

Dans notre contexte moderne, les besoins en carburant demandent une innovation constante en terme de sources d'énergie. La dominance actuelle des carburants d'origine fossile dans les modes de transport personnels tels que l'aviation peut être renversée à condition de disposer de carburants efficaces riches en molécules énergétiques comme les hydrocarbures long. Dans le cas où les marchés économiques augmentent le prix des énergies fossiles, une source d'énergie renouvellable seront les plantes. Les plantes qui semblent les plus prometteuses sont les algues. En effet, ces cellules vertes produisent des lipides et ne nécessitent pas l'utilisation de terres arables si fortement prisées dans d'autres secteurs de l'agriculture. Cette thèse examine donc les conditions requises pour la productionde lipides neutres par Chlamydomonas reinhardtii. Pour commencer, un mutant est caractérisé en comparaison avec le type sauvage: sa concentration en amidon et lipides neutres est plus elevée sous illumination forte et normale. La caractérisation genomique a mis en lumière 41 gènes manquants. A la place, cette étude présente les résultats liés à l'effet de l'exposition de la souche sauvage à une forte illumination d'une part, et à une carence en azote d'autre part. Pendant les périodes de luminosité intense, les niveaux de TAG sont d'abord élevés. Dans le cas de carence en azote, l'augmentation du niveau de TAG commence seulement après l'épuisement total d'azote. L'expression du MLDP est plus notable dans le cas d'une carence en azote que d'une forte luminosité. Afin de révéler l’effet de la forte lumière seule, les corps lipidiques ont été isolés et comparés.

Neutral lipid accumulation by microalgae has recently regained considerable interest as these organisms are considered as a promising feedstock for the production of renewable biodiesel. Nitrogen deprivation is well described as a trigger for neutral lipid accumulation in various species of microalgae including Chlamydomonas. However nitrogen deprivation provokes a stop in protein synthesis and cell division, therefore limiting microalgal biomass productivity. In order to elucidate mechanisms of lipid accumulation in Chlamydomonas reinhardtii, a mutant exhibiting elevated TAG levels is characterized. The mutant exhibits reduced chlorophyll butelevated starch and neutral lipids under strong illumination in replete medium. Genomic characterization has revealed 41 missing genes. This mutant has highlighted the link between luminosity and TAG biosynthesis. To gain insights into the differences in molecular mechanisms behind oil accumulation processes under nitrogen starvation to that of high light, lipidomic changes in separate wildtype cultures were observed. Results showed that despite intracellular TAGs were found to accumulate to lower levels in response to high light in comparison to nitrogen deprivation; the TAGs productivity was higher due to a persistent biomass production. Furthermore differences in both the lipid and protein composition were observed in lipidomes and proteomes determined by pure extracts of lipid bodies isolated from both conditions revealing differences in lipid bodies isolated from different conditions.