Thèse soutenue

Cinétique de la transition vers la carence en azote chez la diatomée marine Phaeodactylum tricornutum : une approche pluridisciplinaire
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Auteur / Autrice : Mattéo Scarsini
Direction : Benoît SchoefsJustine Marchand
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Biochimie, biologie moléculaire et cellulaire
Date : Soutenance le 24/09/2021
Etablissement(s) : Le Mans
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Mer, Molécules, Santé (Le Mans) - Mer- molécules et santé EA 2160 / MMS
Jury : Président / Présidente : Angela Falciatore
Examinateurs / Examinatrices : Angela Falciatore, Muriel Bardor, Peter Kroth, Fabienne Lagarde, Fabrice Franck, Hanhua Hu
Rapporteurs / Rapporteuses : Muriel Bardor, Peter Kroth

Résumé

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Les microalgues, dont les diatomées, ont un potentiel biotechnologique élevé en tant que productrices efficaces de molécules à haute valeur ajoutée, généralement en condition de stress. Cependant, la connaissance scientifique des processus biologiques reste trop limitée pour faire de biotechnologies à base de microalgues une alternative viable aux sources traditionnelles. Un travail de recherche doit être mené pour combler cette insuffisance, notamment sur la régulation de la réallocation du carbone déclenchée par le stress vers les lipides. Afin d'apporter de nouveaux éléments à la compréhension de ces mécanismes, une approche multidisciplinaire couplant des analyses physiologiques, biochimiques et transcriptomiques a été utilisée sur une culture de Phaeodactylum tricornutum soumise à une carence en azote progressive. Cette expérience a été effectuée en conditions de culture très contrôlées dans un photobioréacteur. Une attention particulière a été portée aux réponses cellulaires mise en place lors de la transition entre les deux conditions azotées. Les informations recueillies ont permis de compléter le connaissances actuelles, établies par comparaison de différentes conditions de disponibilité en azote. Les résultats montrent que la disponibilité de l'azote intracellulaire agit comme un interrupteur de réponses métaboliques et physiologiques au cours de la transition entre deux conditions d’équilibre : la présence d’une quantité suffisant d’azote et son absence. Un changement majeur d'expression génique est observé lorsque la réduction de disponibilité en azote extracellulaire force les cellules à utiliser les réserves d’azote intracellulaires. Une réorientation du métabolisme cellulaire vers un stockage d'énergie est observée. Le métabolisme central du carbone est suractivé, maintenant l'équilibre énergétique de la cellule. Les activités cellulaires qui nécessitent de l’azote, y compris la division cellulaire et l'activité photosynthétique, sont affectées et progressivement réduites. Les plastes sont partiellement démantelés mais leur état énergétique est maintenu en mode veille qui permet une récupération rapide après la réintroduction d'une source d'azote. Les réponses cellulaires entières sont régulées par des mécanismes de détection et de signalisation cellulaires dans lesquels les facteurs de transcription jouent un rôle très important. L'expression différentielle des gènes est observée sur plusieurs gènes codants des facteurs de transcription. Des facteurs de transcription candidats ont ainsi été sélectionnés afin de générer des lignées mutantes sur-exprimant, sous-exprimant ou éliminant le gène codant. Un grand nombre de lignées transformantes ont été générées, nécessitant une méthode de criblage à grande échelle efficace. Dans ce cadre, une technique basée sur la spectroscopie vibrationnelle a été mise en place, permettant une caractérisation biochimique rapide et remplaçant les analyses biochimiques conventionnelles longues et fastidieuses. De plus, un protocole de culture en microplaques a été mis en place permettant la gestion d'un grand nombre de culture en petit volume. Pour optimiser ces cultures, un dispositif a été conçu, assemblé et testé. En résumé, ce travail de thèse contribue à la compréhension des processus cellulaires impliqués dans la réponse à la limitation azotée et sur les mécanismes de contrôle chez les diatomées. Il fournit de nouvelles informations sur l'application potentielle et l'optimisation des microalgues en tant que source compétitive de produits d’origine naturelle.