Biologie synthétique de la fixation du carbone chez Chlamydomonas reinhardtii
Auteur / Autrice : | Nicolas Boisset |
Direction : | Stéphane Lemaire, Pierre Crozet |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Biologie |
Date : | Soutenance le 03/07/2023 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Biologie computationnelle et quantitative (Paris ; 2011-....) - Laboratoire Biologie moléculaire et cellulaire des eucaryotes (Paris ; 2010-....) |
Référent : Faculté des sciences d'Orsay | |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-….) | |
Jury : | Président / Présidente : Marianne Delarue |
Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Rouhier, Arnould Savouré, Katia Wostrikoff, Emmanuelle Issakidis-Bourguet | |
Rapporteur / Rapporteuse : Nicolas Rouhier, Arnould Savouré |
Résumé
La photosynthèse permet l'assimilation du CO₂ atmosphérique en glucides tout en produisant de l'O₂. L'énergie lumineuse est convertie en énergie chimique qui est à son tour principalement utilisée pour fixer le carbone inorganique via le cycle de Calvin-Benson-Bassham (CBBC). Le CBBC est composé de 13 réactions qui sont catalysées par 11 enzymes, qui sont toutes fortement exprimées et étroitement régulées à plusieurs niveaux (i.e. abondance, modifications post-traductionnelles). Le principal facteur limitant de la photosynthèse est le CBBC, qui présente des goulets d'étranglement cinétiques. Une meilleure compréhension de ces goulots d'étranglement in vivo est indispensable pour débloquer ces facteurs limitants pour pouvoir améliorer la photosynthèse. Une approche consiste à modifier leur abondance pour déterminer si l'enzyme correspondante est limitante. Pour contrôler l'abondance des enzymes CBBC in vivo, des circuits génétiques synthétiques peuvent être utilisés. Les approches de biologie synthétique permettent de construire de tels circuits génétiques et de comprendre par construction plutôt que par déconstruction. Dans ma thèse, nous avons choisi de travailler sur la Phosphoribulokinase (PRK) car son activité est unique et spécifique au CBNC, elle est codée par un seul gène nucléaire et un mutant est disponible chez l'algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii. Nous démontrons l'importance de la PRK dans le processus de phototrophie par la caractérisation du mutant PRK. La complémentation fonctionnelle de ce mutant PRK a confirmé que ce phénotype était dû à son absence et qu'une modulation de la quantité de PRK in vivo était possible. Cependant pour obtenir plus de 40 % de PRK par rapport à la souche sauvage, nous avons dû construire un circuit génétique contenant le promoteur, 5'UTR et la séquence incluant les introns du gène de la PRK endogène. Les résultats obtenus lors de ma thèse suggèrent que la PRK n'est pas limitante chez C. reinhardtii. Dans des conditions autotrophes, à 40% de PRK, la complémentation n'est pas suffisante pour restaurer complètement la phototrophie, et il s'avère difficile d'obtenir un phénotype sauvage. La surexpression de PRK chez Chlamydomonas n'augmente pas la croissance suggérant que ce n'est peut-être pas en jouant la quantité de la PRK que nous pourrions améliorer la photosynthèse mais sur ses régulations.En parallèle de cela, j'ai participé au développement d'outils de biologie synthétique. En particulier, nous avons développé et validé un nouveau gène de résistance à l'antibiotique Blasticidine chez C. reinhardtii afin de faciliter la construction de nouvelles souches.