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.
Authors
Organizations mentioned
- Bibliographic Reference
- Sandrine Bujaldon. Les antennes photosynthétiques chez Chlamydomonas reinhardtii : biogénèse, fonction et régulation. Physiologie [q-bio.TO]. Sorbonne Université, 2023. Français. ⟨NNT : 2023SORUS346⟩. ⟨tel-04336988⟩
- HAL Collection
- ['CNRS - Centre national de la recherche scientifique', 'STAR - Dépôt national des thèses électroniques', 'Biologie du chloroplaste et perception de la lumière chez les micro-algues', 'Sorbonne Université', 'Sorbonne Université 01/01/2018', 'Thèses de Sorbonne Université', 'Faculté des Sciences de Sorbonne Université', 'Sorbonne Université - Texte Intégral', 'Alliance Sorbonne Université', "Productions de l'UMR7141"]
- HAL Identifier
- 4336988
- Laboratory
- Biologie du chloroplaste et perception de la lumière chez les micro-algues
- Published in
- France
Table of Contents
- Sommaire 6
- Chapitre 1 - Introduction générale 10
- 1. Le chloroplaste 10
- 1.1. Origine 11
- 1.2. Structure 11
- 1.3. Conséquences de la nature endosymbiotique du chloroplaste 12
- 1.3.1. Évolution du génome chloroplastique depuis les événements d’endosymbiose 12
- 1.3.2. Maintien d’un génome au sein du chloroplaste : conséquences et enjeux 15
- 1.3.3. Importation et acheminement des protéines dans le chloroplaste 15
- 1.4. Fonctions 17
- 1.4.1. La fonction majeure du chloroplaste : la photosynthèse 17
- 1.4.2. Autres fonctions essentielles 19
- 2. Les pigments photosynthétiques 20
- 2.1. Chlorophylles 20
- 2.2. Caroténoïdes 21
- 3. Les photosystèmes et leurs antennes 22
- 3.1. PSII – LHCII 23
- 3.2. PSI – LHCI 25
- 4. Régulation de la photosynthèse & Acclimatation 26
- 5. Chlamydomonas reinhardtii 29
- 6. Objectif de la thèse 34
- Chapitre 2 - Biogenèse des antennes photosynthétiques 36
- Introduction 38
- Partie A. Importation des protéines LHC dans le chloroplaste & Intégration et assemblage des LHC dans les membranes des thylakoïdes 44
- 1. Importation des protéines LHC dans le chloroplaste 44
- 1.1. Préambule 44
- 1.2. Article 1 44
- 1.3. Résumé de l’article 1 62
- 1.4. Conclusion 64
- 2. Intégration et assemblage des LHC dans les membranes des thylakoïdes 66
- 2.1. Préface 66
- 2.2. Article 2 66
- 2.3. Résumé de l’article 2 82
- 2.4. Conclusion 83
- 3. Discussion et perspectives 86
- 3.1. D’autres mutants d’antenne 86
- 3.2. Une autre voie avec d’autres partenaires ? 88
- Partie B. Biosynthèse des chlorophylles et leur régulation 90
- 1. Introduction 90
- 2. Les caractéristiques de ces mutants 91
- 2.1. Moins de chlorophylle et une extrême photosensibilité 91
- 2.2. Spécificité de la photosensibilité 92
- 2.2.1. Effet de l’oxygène 93
- 2.2.2. Effet de la longueur d’onde 93
- 2.3. Identification des mutations 96
- 2.3.1. Le mutant p55 96
- 2.3.2. Le mutant p62 97
- 3. Caractérisation des antennes dans le mutant p55, altéré dans la synthèse de chlorophylles 99
- 3.1. Propriétés fonctionnelles des photosystèmes et des antennes 99
- 3.2. Accumulation des protéines PS et LHC 102
- 3.2.1. Obscurité et faible lumière 102
- 3.2.2. Variation des protéines photosynthétiques lors de la transition de l'obscurité à une luminosité intense 104
- 4. Conclusion 105
- 5. Discussion et perspectives 106
- Chapitre 3 - Régulation de la capture de l’énergie lumineuse et de la photochimie 108
- Introduction 108
- 1. Les principaux mécanismes d’acclimatation à la lumière 108
- 1.1. Le quenching énergétique (qE) 109
- 1.1.1. Le cycle des Xanthophylles 109
- 1.1.2. Les protéines PSBS, LHCSR. 109
- 1.2. Les transitions d’état (qT) 110
- 2. La mesure du NPQ 113
- Partie A. Une étude fonctionnelle et génétique des mutants de transitions d’état (stt7) 118
- 1. Caractérisation phénotypique des mutants stt7 118
- 1.1. Les mesures de transition d’état 118
- 1.2. Structure du gène STT7 122
- 1.3. La fonction de reproduction sexuée 126
- 1.4. Taille cellulaire et contenu en ADN 130
- 2. Généalogie des souches stt7 132
- 3. Ce que révèle le séquençage (à lectures longues) du génome entier 134
- 4. Nouvelles souches de référence 138
- 4.1. Souche de type sauvage 138
- 4.2. Autres mutants nuls stt7 140
- 5. Discussion et perspectives 143
- Partie B. Une étude de l’induction d’extinction non photochimique de la fluorescence (NPQ-qE) 146
- 1. Première observation 150
- 2. Caractérisation du phénotype dans WTx 152
- 2.1. Mesure de l’extinction de fluorescence chlorophyllienne 152
- 2.1.1. Effet de l’acétate dans le milieu de pré-culture 153
- 2.1.2. Effet de l’adaptation des cellules après un traitement forte lumière 156
- 2.1.3. Effet de la concentration cellulaire 158
- 2.1.4. Effet de la sédimentation/ananérobiose pendant la mesure des changements de fluorescence 162
- 2.2. Caractéristiques biochimique et moléculaire de l’extinction de fluorescence 166
- 2.3. Analyse de l’accumulation des transcrits des acteurs principaux du NPQ-qE 176
- 3. Discussion et conclusion 178
- 4. Vers l’identification d’une (ou des) mutation(s) responsable(s) de ce phénotype faible NPQ 180
- 4.1. Origine de la mutation 180
- 4.2. Potentielle identification par la technique de séquençage du génome nucléaire 181
- 4.2.1. Utilisation de données préexistantes 181
- 4.2.2. Autre stratégie, nouveaux séquençages 181
- Conclusion générale 186
- Matériel et méthodes 188
- ANNEXES 198
- Liste des tableaux 208
- Liste des figures 209
- Table des abréviations 212
- BIBLIOGRAPHIE 214
- Table des matières 230