Régulation de la synthèse de composés secondaires par les organismes photosynthétiques en conditions de stress

Regulation of secondary compounds synthesis by photosynthetic organisms under stress

• Auteur / Autrice : Parisa Heydarizadeh
• Direction : Benoît Schoefs, Justine Marchand, Véronique Martin-Jézéquel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des organismes
• Date : Soutenance le 15/12/2015
• Etablissement(s) : Le Mans en cotutelle avec Université de technologie d'Isfahan (Isfahan, Iran)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Végétal-Environnement-Nutrition-Agro-Alimentaire-Mer (Angers)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Mer, Molécules, Santé (Le Mans) - Laboratoire "Mer- Molécules- Santé" EA 2160 Université du Maine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Schoefs, Justine Marchand, Véronique Martin-Jézéquel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets physiologiques

Diodes électroluminescentes

Menthes

Effets de la lumière

Diatomées

Plantes -- Métabolites

Plantes -- Effets du stress

Plantes -- Métabolisme

Lumière -- Effets physiologiques

Plantes -- Effets de la lumière

Mots clés libres

Phaeodactylum

Mentha

Intensité de l'éclairement

LED

Métabolisme secondaire

Transcriptomique

Réorientation métabolique

Stress

Light intensity

Secondary metabolism

Transciptomics

Metabolic reorientation

Résumé

En condition de stress, les organismes photosynthétiques réorientent leur métabolisme vers la production de métabolites d’intérêt. Cette thèse vise à fournir de nouvelles informations sur ces processus chez les algues et les plantes supérieures. La 1ère partie est consacrée aux effets de 3 éclairements différents sur le métabolisme du carbone de la diatomée Phaeodactylum tricornutum. L'impact d’un éclairement supérieur à 300 µmol photons m-2 s-1 (ML) est tout à fait différent de celui obtenu pour un éclairement de 30 µmol photons m-2 s-1 tant au niveau physiologique que moléculaire. Dans nos conditions, la carence en carbone constitue la cause principale de l'apparition de la phase stationnaire. La synthèse des lipides est plus élevée sous un éclairement inférieur à ML. En revanche, la synthèse des protéines et de chrysolam-inarine augmente respectivement sous fort et faible éclairements. Les changements d’expression génique suggèrent que la conversion réversible du phosphoénol-pyruvate en pyruvate constitue une étape clé de l’orientation des intermédiaires dans les différentes voies de biosynthèse des molécules d’intérêt. L'état physiologique des cellules doit être considéré pour la comparaison d’échantillons. La 2ème partie du mémoire est consacrée aux effets de la quantité et de la qualité de la lumière délivrée par des LED (bleu, rouge, 70% de lumière rouge+30% de bleu et blanc) sur la régulation de la synthèse de métabolites secondaires chez 3 espèces de menthe prélevées dans la nature. La qualité de la lumière influence la stratégie d’utilisation du carbone par les plantes. Par exemple, la lumière rouge stimule le mieux la production de la synthèse de l'huile essentielle chez la menthe alors que le taux de fixation du carbone est similaire à celui trouvé dans les autres conditions d’illumination. Glomus mossae est le seul champignon mycorhizien à arbuscules à induire une augmentation supplémentaire de la production d’huile essentielle.

Under stress, photosynthetic organisms reoriente their metabolism toward the production of high added value molecules. Regarding the importance of this process, it is surprising that the processes on which the reorientation relies are still not better understood. This thesis aims to provide new information regarding these processes. The 1st part of this thesis is dedicated to the effects of 3 different light intensities on the carbon metabolism of the diatom Phaeodactylum tricornutum. The impact of light intensities higher than 300 µmol photons m-2 s-1 (ML) were different from those obtained with 30 µmol photons m-2 s-1 at the physiological and molecular levels. Carbon deficiency was responsible for the occurrence of plateau phase in cultures. Except lag phase, lipid synthesis was higher under ML In contrast, protein and chrysolaminarin syntheses increased under 1000 and 30 µmol photons m-2 s-1, respectively. Gene expression modifications suggest that the reversible conversion between phosphoenolpyruvate and pyruvate constitutes a key step for the orientation of intermediates to either high value molecules biosynthetic pathways. The physiological state of the cells should be taken into consideration when samples comparison is considered.The 2nd part of the report is dedicated to the effects of light quantity and quality (blue, red, 70% red+30% blue and white light delivered by LED) on the regulation of essential oil synthesis in 3 Mentha species collected in nature. The light quality impacts the strategy of carbon utilization by the plant. Typically, red light was the most effective for stimulating the production of essential oil in Mentha sp. while carbon fixation capacity was similar to that found in other ligthing conditions. Regardless the light intensity, Glomus mossae was the only arbuscular mycorrhizal fungus able to enhance additionally essential oil production.