Mécanismes de détection de la lumière en milieu marin: Caractérisation des photorécepteurs phytochromes chez les diatomées marines.

Light sensing mechanisms in marine environments: Characterization of phytochrome photoreceptors in marine diatoms.

• Auteur / Autrice : Emeline Vernay
• Direction : Angela Falciatore
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie du chloroplaste et perception de la lumière chez les micro-algues

Mots clés

Mots clés libres

Diatomées

Phytochrome

Photorécepteur

Lumière

Milieu marin

Diatoms

Phytochrome

Photoperception

Light

Marine environment

Résumé

Les phytochromes de diatomées (DPH) ont des capacités de photosensibilité particulières par rapport à ce qui est actuellement connu des phytochromes de plantes terrestres, et semblent être des capteurs particulièrement bien adaptés aux environnements lumineux sous-marins. Les DPH pourraient agir comme des détecteurs de profondeur mais aussi de cellules phototrophes concurrentes environnantes. Le projet de thèse vise à approfondir l'analyse des propriétés des DPH, de leur mode d'action, de leur fonction biologique et de leur adaptation génétique. Premièrement, la voie de signalisation déclenchée par le phytochrome sera caractérisée chez la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum. Une activité kinase dépendante de la lumière a été mise en évidence précédemment, suggérant une voie de signalisation par relais phosphoreux à plusieurs étapes, similaire à celle décrite pour les phytochromes bactériens et fongiques. Une protéine candidate a été déjà identifiée (Histidine phosphotransférase, HPT) et produite de manière recombinante pour effectuer un test de phosphorylation in vitro avec le phytochrome de P. tricornutum. Son implication dans la voie de signalisation sera également étudiée en générant des mutants knock-out par CRISPR/Cas9. D'autres composants en aval (régulateurs de réponse) seront recherchés dans le génome et testés de la même manière. Deuxièmement, les propriétés de photosensibilité des phytochromes de diatomées seront mesurées afin de déterminer s'il s'agit d'une adaptation fonctionnelle à l'environnement écologique de la diatomée ou s'il s'agit d'une caractéristique générale partagée avec des phytochromes d'autres diatomées et d'autres organismes. Le mutant knock-out pour le phytochrome de P. tricornutum sera complété avec des phytochromes d'espèces fongiques, bactériennes, végétales et phytoplanctoniques sélectionnées. Des courbes de réponse à la fluence seront générées pour tester dans la cellule leur sensibilité respective à différentes longueurs d'onde par rapport à celle du phytochrome de P. tricornutum. Troisièmement, sa fonction biologique sera étudiée en cultivant dans une large gamme de conditions lumineuses imitant les conditions naturelles. Les paramètres physiologiques tels que le taux de croissance, la photosynthèse et le contenu pigmentaire seront mesurés pour les lignées de type sauvage et les lignées mutantes knock-out PtDPH dans des conditions où PtDPH déclenche les réponses les plus fortes afin d'étudier la valeur adaptative possible que DPH peut conférer.

Diatom phytochromes (DPH) have special photosensitivity capabilities compared to what is currently known from terrestrial plant phytochromes, and appear to be particularly well-suited sensors for underwater light environments. DPLs could act as depth detectors but also of surrounding competing phototrophic cells. The project aims to further analyze the properties of DPH, their mode of action, biological function and genetic adaptation. First, the signaling pathway triggered by phytochrome will be characterized in the model diatom Phaeodactylum tricornutum. Light-dependent kinase activity has been demonstrated previously, suggesting a multi-stage phosphorous relay signaling pathway similar to that described for bacterial and fungal phytochromes. A candidate protein has already been identified (Histidine phosphotransferase, HPT) and produced in a recombinant way to perform an in vitro phosphorylation test with the phytochrome of P. tricornutum. Its involvement in the signaling pathway will also be studied by generating knockout mutants by CRISPR/Cas9. Other downstream components (response regulators) will be searched in the genome and tested in the same way. Second, the photosensitivity properties of diatom phytochromes will be measured to determine whether it is a functional adaptation to the diatom ecological environment or a general characteristic shared with phytochromes other diatoms and other organisms. The knockout mutant for P. tricornutum phytochrome will be supplemented with selected phytoplankton, plant and bacterial phytoplankton species. Fluence response curves will be generated to test their respective sensitivity in the cell at different wavelengths compared to that of P. tricornutum phytochrome. Third, its biological function will be studied by growing in a wide range of light conditions imitating natural conditions. Physiological parameters such as growth rate, photosynthesis and pigment content will be measured for wild-type lines and knock-mutant linesout PtDPH under conditions where PtDPH triggers the strongest responses to study the possible adaptive value that DPH can confer.