Caractérisation des mécanismes contrôlant l’agrégation, un processus de défense contre le stress chez l’algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii

Characterization of mechanisms controlling aggregation, a defense process in response to stress in the unicellular alga Chlamydomonas reinhardtii

• Auteur / Autrice : Félix de Carpentier
• Direction : Antoine Danon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 30/03/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Biologie moléculaire et cellulaire des eucaryotes (Paris ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Marc Hanikenne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Angela Falciatore, Michel Havaux, Raphaël Jeanneret, Zhou Xu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Angela Falciatore, Michel Havaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régulation (biologie)

Matrice extracellulaire

Microalgues

Chlamydomonas reinhardtii

Microorganismes -- Agrégation

Mots clés libres

Agrégation

Multicellularité

Chlamydomonas reinhardtii

Stress environnemental

Socialisation

Aggregation

Socialization

Multicellularity

Chlamydomonas reinhardtii

Environnemental stresses

Résumé

L’algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii est un des organismes photosynthétiques modèle les plus étudiés. Sa prévalence en recherche fondamentale et biotechnologique est due aux puissantes approches de génétique et de biologie moléculaire que l'on peut y développer. Nous utilisons Chlamydomonas pour comprendre quelles sont les stratégies utilisées par un organisme unicellulaire pour survivre dans un environnement hostile. Cette thèse décrit une nouvelle réponse collective au stress abiotique. En conditions toxiques, les cellules se regroupent en structures multicellulaires visibles à l’œil nu au sein duquel elles sont protégées. Dans ce contexte, les interactions cellulaires ont été étudiées avec de nouveaux outils moléculaires et d’analyse d’image. Nous avons montré que les agrégats sont formés par agglutination des cellules et non par divisions successives. De plus, une matrice extracellulaire riche en sucre a été détectée entre les cellules. De façon remarquable, le milieu extracellulaire de cellules agrégées est suffisant pour provoquer l’agrégation de cellules planctonique. Pour découvrir les régulations de l’agrégation, une banque de 13 000 mutants d’insertion a été criblé. Nous avons isolé 16 mutants socializer (saz) agrégeant spontanément. Ces mutants ont une forte résistance au stress ce qui confirme le rôle protecteur des agrégats. Ils possèdent aussi une matrice extracellulaire et leur filtrat est suffisant pour induire l’agrégation. Grace à l’analyse du transcriptome et du sécrétome des mutants saz nous avons identifié des familles de protéines potentiellement impliquées dans la mise en place des structures multicellulaires. Une approche de génétique inverse sur les gènes candidats nous a permis d’identifier premiers régulateurs positifs et négatifs de l’agrégation en réponse au stress.

The unicellular model alga Chlamydomonas reinhardtii is one of the most studied photosynthetic organisms. Its prevalence in basic and biotechnological research is due to the powerful genetic and molecular biology approaches that can be developed in this organism. We use Chlamydomonas to understand the strategies used by a unicellular organism to survive in a hostile environment. This thesis describes a new collective abiotic stress response. In a toxic environment, cells aggregate forming multicellular structures visible to the naked eye in which they are protected. We analyzed this process using genetic, reverse genetics, imaging approaches and a multiomic analysis. Aggregates were found to be built by cell adhesion rather than a clonal mode. In addition, we detected a sugar-containing extracellular matrix embedding the cells. Interestingly, the extracellular medium of aggregated cells is sufficient to induce aggregation of planktonic ones. To discover the regulators of aggregation, we screened a library of 13000 insertional mutants. 16 socializer (saz) mutants that aggregates spontaneously were isolated. These mutants exhibit a strong resistance to stress, thus confirming that aggregates are protective of the surrounding toxicity. They also contain an extracellular matrix, and their filtrate is sufficient to induce aggregation. Thanks to the analysis of the transcriptome and secretome of saz mutants we have identified families of proteins potentially involved in the establishment of multicellular structures. A reverse genetics approach on candidate genes allowed us to identify the first positive and negative regulators of aggregation in response to stress.