Perception de la lumière dans l'océan : étude des phytochromes des diatomées

Light sensing in the Ocean : studying diatom phytochrome photoreceptors

• Auteur / Autrice : Carole Duchêne
• Direction : Angela Falciatore
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 28/06/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie du chloroplaste et perception de la lumière chez les micro-algues (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Alessandra Carbone
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Devaki Bhaya, Christian Fankhauser, Marcel Babin, Marianne Jaubert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arthur Grossman, Dimitris Petroutsos

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lumière sous-marine

Photorécepteurs (cellules)

Phytochrome

Diatomées

Mots clés libres

Diatomées

Phytochrome

Photorécépteur

Lumière

Océan

Diatom

Phytochrome

Photoperception

Marine light

Sediment

Résumé

Les algues marines telles que les diatomées possèdent un large éventail de photorécepteurs de lumière bleue et verte, mais aussi des phytochromes (DPH), capable de réguler l'expression des gènes en réponse à la lumière RL chez la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum (Pt). Cependant, la fonction biologique de ce photorécepteur est encore inconnue. Grâce à un système rapporteur permettant de suivre l'activité de PtDPH in vivo, j’ai pu caractériser ses propriétés photochimiques, modéliser son activité dans différents champs lumineux marins, et montrer que les DPH en détectent les variations liées à la profondeur et la concentration de phytoplancton. J'ai également recherché les DPH dans les génomes et transcriptomes de diverses diatomées et analysé leur distribution dans l'environnement en utilisant les données méta-omiques générées au cours de l'expédition Tara Oceans. Cela a révélé que les diatomées planctoniques du groupe des centriques possédant des DPH sont présentes dans les zones polaires et tempérées, tandis que les diatomées pennées, vivant dans les sédiments peuvent présenter une duplication du gène DPH. Nous avons montré que ces gènes dupliqués ont des propriétés spectrales différentes, et que certaines diatomées benthiques montrent une adaptation spécifique à la lumière R qui pourrait être régulée par DPH. Ce travail apporte de nouvelles connaissances sur les mécanismes de perception de la lumière chez les diatomées, et leurs importances pour coloniser différentes niches environnementales.

Light is an essential source of energy and information for photosynthetic organisms. In the marine environment, red and far-red lights are quickly attenuated in the water column compared to blue and green light. Accordingly, predominant marine algae such as diatoms possess a wide array of blue and green light photoreceptors, but also red (R)/far-red (FR) light sensing phytochrome photoreceptors (DPH), capable of regulating gene expression in response to FR light in the model diatom Phaeodactylum tricornutum (Pt). However, the biological function of this photoreceptor is still unknown. By setting up a reporter system to monitor PtDPH activity in vivo, I was able to characterize its photochemical properties, model its activity in different marine light fields, and show that DPHs can detect variations related to depth and phytoplankton concentration. Using bioinformatics approaches, I looked for DPH in the available genomes and transcriptomes of diverse diatoms and analyzed their distribution in the environment using the meta-omics data from the Tara Oceans expedition. This revealed that planktonic diatoms of the centric group possessing DPH are present in temperate and polar regions. In these species DPH may work as sensor of depth and phytoplankton concentration. Pennate diatoms living in sediments can present duplications of the DPH gene. We showed that these duplicated genes can have different spectral properties, and that some benthic diatoms show a specific adaptation to R light that could be regulated by DPH. This work brings new insights into DPH-mediated light perception mechanisms in diatoms, and their significance for colonizing various environmental niches.