Dynamique des réserves lipidiques chez la microalgue modèle Chlamydomonas reinhardtii

Dynamics of lipid reserves in the model microalga Chlamydomonas reinhardtii

• Auteur / Autrice : Ismael Torres Romero
• Direction : Yonghua Li-Beisson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 27/01/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille
• Jury : Président / Présidente : Brigitte Gontero-Meunier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Denis Coulon, Maëva Subileau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chlamydomonas reinhardtii

Cycle cellulaire

Troubles du métabolisme des lipides

Microalgues

Mots clés libres

Mutants de Chlamydomonas

Huile de microalgues

Métabolisme des lipides

Α/β-Hydrolase

Gouttelette lipidique

Cycle cellulaire

Chlamydomonas mutants

Microalgal oil

Lipid metabolism

Α/β-Hydrolase

Lipid droplet

Cell cycle

Résumé

D'importants efforts de recherche ont été déployés pour domestiquer les microalgues afin de produire des biocarburants durables et d'autres composés à haute valeur ajoutée. Les conditions utilisées pour enrichir la biomasse de microalgues avec des réserves de carbone, triacylglycérols (TAG ou huiles) et l'amidon, cependant, nuisent gravement à la croissance cellulaire et compromettent donc la productivité. Le but de cette thèse est d’analyser le lien entre la division cellulaire et le stockage du carbone, ainsi que de comprendre la biogénèse des gouttelettes de lipides (LDs), le principal site subcellulaire de stockage des TAGs.Ainsi, nous avons d'abord étudié l'incompatibilité entre le stockage du carbone et la croissance cellulaire en caractérisant génétiquement et biochimiquement des mutants de Chlamydomonas reinhardtii dépourvus de protéine CDC5. Nous démontrons son implication dans le cycle cellulaire et montrons qu'un ralentissement de la division cellulaire entraîne un flux d'énergie et de carbone vers la synthèse des TAGs et de l'amidon sans arrêter la croissance cellulaire. Deuxièmement, nous avons identifié et caractérisé une α/β hydrolase putative (CrABHD1), l'une des principales protéines associées aux LDs chez Chlamydomonas. La protéine recombinante CrABHD1 purifiée chez Escherichia coli hydrolyse du lyso-DGTS pour produire un acide gras libre et une glycérol-N,N,N-triméthylhomosérine (GTH). Nous avons découvert une nouvelle protéine associée à la LD et démontré sa capacité à augmenter la teneur en lipides des microalgues, ce qui devrait avoir des implications importantes pour une bioéconomie plus verte.

Large research efforts have been put to domesticate microalgae for production of sustainable biofuels and other valuable compounds. Triacylglycerols (TAGs, or oils) and starch are the major forms of carbon storage in green algal cells. However, the conditions used to enrich microalgal biomass with these carbon reserves severely undermine cell growth therefore compromising productivity. An economically viable production of lipids from microalgae requires a deeper and integrated understanding of lipid synthesis, storage and cell division. The goal of this thesis is to dissect the connection between cell division and carbon storage, and to understand the biogenesis of the lipid droplet (LD), the major subcellular site where TAGs are stored. Toward this goal, we first investigated the incompatibility between carbon storage and cell growth. By characterizing genetically and biochemically mutants of Chlamydomonas reinhardtii deficient in CDC5 protein, we demonstrate its implication in the cell cycle and show that a slowdown in cell division entails a diverted flow of energy and carbon towards the synthesis of TAGs and starch without arresting cell growth. Secondly, we identified and characterized a putative α/β-fold hydrolase (CrABHD1), one of the major proteins associated to LDs in Chlamydomonas. The CrABHD1 recombinant protein purified from Escherichia coli hydrolyzes lyso-DGTS to produce a free fatty acid and a glycerol-N,N,N-trimethylhomoserine (GTH). We have discovered a novel LD-associated protein and demonstrated its capacity in increasing lipid content in microalgae, which should have important implications for a greener bioeconomy.