Characterization of Iron Acquisition and Iron Storage Mechanisms in the diatom Phaeodactylum tricornutum
Caractérisation des mécanismes d'acquisition et de stockage du fer chez les diatomées Phaeodactylum tricornutum
Résumé
Diatoms succeed to survive the low iron conditions of the contemporary ocean. Despite their relatively large cell sizes, diatoms tolerate iron limitation and frequently dominate iron-stimulated phytoplankton blooms, both natural and artificial. However, our understanding of diatom iron physiology remains limited and is the subject of ongoing research. The objective of the present work was to investigate iron metabolism in diatoms, first, by reviewing the main iron use strategies of diatoms, relying on published literature and complementing published data with a search of 82 diatom transcriptomes. Then, through transgenic fluorescent lines, the subcellular localizations of ferritin (FTN) and iron starvation induced protein 3 (ISIP3) were visualized for the first time. It was found that FTN targete to the chloroplast, whereas ISIP3 localizes to the vicinity of the chloroplast and aggregates close by exhibiting similar localization to the iron starvation induced proteins ISIP1 and ISIP3. Furthermore, phenotypes of FTN and ISIP3 knockout (KO) mutants grown in different conditions of iron availability and intracellular iron status were compared. The FTN-KO mutants showed decreased growth in all conditions, indicating a potential function in iron storage. The ISIP3-KO mutants showed decreased growth when iron was available and no difference when grown in iron-free medium compared with control cells, suggesting that ISIP3 was required for iron acquisition. When copper was removed from the medium, these phenotypes disappeared, confirming the copper-dependency of iron uptake. Decreased growth of iron-repleted ISIP3-KO mutants supplied with siderophore (FOB) further suggested an involvement in siderophore uptake. Overall, the results presented in this thesis have added novel insights to the study of iron metabolism in diatoms.
Les diatomées réussissent à survivre dans les océans contemporains où la teneur en fer est faible. Malgré leur taille cellulaire relativement grande, les diatomées tolèrent une carence en fer et sont généralement dominantes au cours des « bloom » de phytoplancton, stimulées par le fer de manière naturelles ou artificielles. Cependant, notre compréhension de la physiologie du fer chez les diatomées reste limitée et fait l'objet de recherches en cours. L'objectif du travail présenté était d'étudier le métabolisme du fer dans les diatomées, tout d'abord, en examinant les principales stratégies d'utilisation du fer des diatomées, en s'appuyant sur la littérature publiée et en complétant les données publiées par une recherche de 82 transcriptomes de diatomées. Ensuite, à travers des lignées fluorescentes transgéniques, les localisations subcellulaires de la ferritine (FTN) et de la protéine induite par la carence en fer ISIP3 ont été visualisées pour la première fois. Il a été constaté que la proteine FTN se localise au chloroplaste, et que la proteine ISIP3 se localise à proximité du chloroplaste et des agrégats à proximité du chloroplaste, présentant une localisation similaire avec les proteines ISIP1 et ISIP3, également induites par carence en fer. En outre, les phénotypes des mutants knockout de FTN et ISIP3 cultivés dans différentes conditions de fer (disponibilité en fer et statut en fer intracellulaire) ont été comparés. Les mutants FTN ont montré une croissance réduite dans toutes les conditions, en indiquant une fonction dans le stockage du fer. Les mutants ISIP3 ont montré une croissance réduite lorsque le fer était disponible et aucune différence lorsqu'ils étaient cultivés dans un milieu sans fer par rapport au temoin, suggérant que l'ISIP3 est nécessaire dans l'acquisition du fer. Lorsque le cuivre a été retiré du milieu, ces phénotypes ont disparu, confirmant la dépendance au cuivre pour l'absorption du fer. La diminution de la croissance des mutants ISIP3 en présence du sidéropophore (FOB) peut suggérer une implication également dans l'absorption des sidérophores. Dans l'ensemble, les résultats présentés dans cette thèse ont ajouté de nouvelles perspectives au domaine des stratégies de métabolisme du fer chez les diatomées.
Origine : Version validée par le jury (STAR)