Les antennes photosynthétiques chez Chlamydomonas reinhardtii : biogénèse, fonction et régulation

Photosynthetic antenna : biogenesis, function and regulation

• Auteur / Autrice : Sandrine Bujaldon
• Direction : Francis-André Wollman
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Soutenance le 24/11/2023
• 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 : Zhou Xu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Raynaud, Guillaume Allorent
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xenie Johnson, Roberto Bassi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photosynthèse

Centres réactionnels photosynthétiques

Microalgues

Chloroplastes

Chlamydomonas reinhardtii

Mots clés libres

Photosynthèse

Antennes photosynthétiques

Chlamydomonas

Photosynthesis

Light harvesting complexes

Chlamydomonas

Résumé

La photosynthèse est le processus biologique qui convertit la lumière en énergie chimique. Elle se déroule dans les chloroplastes des cellules végétales. À l'intérieur de ces organites, l'énergie lumineuse est captée par des antennes chlorophylliennes, connues sous le nom de complexe de récolte de lumière (Light harvesting complex ou LHC), constituées de protéines et de pigments, chlorophylles et caroténoïdes. Bien que les chloroplastes possèdent leur propre génome, la plupart des gènes ont été transférés dans le noyau, ce qui implique la présence d’une machinerie efficace d’import et d’assemblage des protéines dans cet organite. Le fonctionnement de l’appareil photosynthétique est également finement régulé, notamment pour éviter les dommages qui pourraient être causés par un excès d’énergie lumineuse. L’objectif de cette thèse a été d’étudier les processus de synthèse et d’assemblage des antennes photosynthétiques et les réponses de photoprotection et d’acclimatation devant des changements de régime lumineux, dans la perspective plus lointaine d’en comprendre les interactions. Dans cette étude nous avons par exemple recueilli quelques observations relatives à la synchronisation des deux voies de biosynthèse, de la chlorophylle et des protéines LHC, au sein du chloroplaste. La compréhension de cette synchronisation sera essentielle pour comprendre comment les organismes s'adaptent aux variations naturelles de l'intensité lumineuse. Nous avons utilisé la micro-algue eucaryote Chlamydomonas reinhardtii comme modèle biologique pour ses caractéristiques génétiques exceptionnelles. L’analyse de mutants a, par exemple, démontré l’importance des protéines telles que cpSRP43 et ALB3.1 dans la biogénèse des antennes photosynthétiques, tout en suggérant une voie alternative. Une analyse génétique a précisément identifié des réarrangements génomiques inattendus dans une souche mutante de Chlamydomonas couramment utilisée pour les études d’acclimatation aux changements environnementaux de Chlamydomonas. Enfin nous avons mis à jour l’importance d’un nouveau contexte génétique -qui reste à disséquer- qui spécifie les propriétés variables du principal mécanisme de photoprotection chez cette micro-algue.

Photosynthesis is the biological process that converts light into chemical energy. It occurs within the chloroplasts of plant cells. Inside these organelles, light energy is absorbed by chlorophyll antennas (light-harvesting complexes or LHC), composed of proteins and pigments, chlorophylls and carotenoids. While chloroplasts possess their own genome, most of the genes have been transferred to the nucleus, thus implying the presence of an efficient protein import and assembly machinery within this organelle. The functioning of the photosynthetic apparatus is also finely regulated, particularly to prevent damage that could be caused by excess light energy. The aim of this thesis was to investigate how the synthesis and assembly processes of photosynthetic antennas and the photoprotective and acclimation responses to changes in light conditions, to further characterize their interactions. In this study, we have collected some observations concerning the synchronization of the two biosynthesis pathways, chlorophyll and LHC proteins, within the chloroplast. Understanding this synchronization will be crucial in order to understand how organisms adapt to natural variations in light intensity. We used the eukaryotic microalga Chlamydomonas reinhardtii as a biological model for its exceptional genetic features. For instance, the analysis of mutants has demonstrated the significance of proteins like cpSRP43 and ALB3.1 in the biogenesis of photosynthetic antennae while also suggesting an alternative pathway. A genetic analysis has precisely identified unexpected genomic rearrangements in a mutant strain of Chlamydomonas commonly used for studies on Chlamydomonas’ acclimation to environmental changes. Finally, we have uncovered the significance of a new genetic context –which is yet to be dissected- that specifies the variable properties of the main photoprotection mechanism in this microalgae.