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Yizhong Yuan

Phototropine lie la perception de la lumière bleue et l'accumulation d'amidon chez Chlamydomonas

Publié le 29 juin 2022
Thèse soutenue le 29 juin 2022 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Biologie végétale

Résumé :
L'amidon est non seulement, et de loin, le principal composé de stockage accumulé par les plantes et les algues, mais c’est également l'un des polysaccharides les plus abondants sur terre. De plus, il s’agit de la principale source de calories dans l'alimentation humaine et animale. La synthèse de l'amidon est un des produits finaux de la photosynthèse et sa synthèse se déroule pendant la journée, alors que sa dégradation commence à la tombée de la nuit pour soutenir les fonctions cellulaires exigeantes en énergie. On sait peu de choses sur les mécanismes de régulation qui régissent le métabolisme de l'amidon chez les micro-algues et les connaissances actuelles se limitent aux facteurs qui ont un impact sur l'accumulation d'amidon dans des conditions environnementales défavorables telles que par exemple la disponibilité en azote. Un lien entre la perception de la lumière et l'accumulation d'amidon a été suggéré dans le cas des plantes supérieures : les mutants dépourvus de Phytochrome ont une absorption réduite de CO2 tandis qu’ils accumulent de façon anormale du saccharose et de l'amidon pendant la journée. De plus, il a été découvert que PHOT jouait un rôle dans ce processus en servant de médiateur à la dégradation de l'amidon dans les cellules de garde à la lumière pour stimuler l'ouverture des stomates. Toutefois et jusqu’à présent, la perception de la lumière et le métabolisme n'ont pas été associés chez les micro-algues. Nous présentons ici une cascade de signalisation détaillée dépendante de PHOT, reliant la perception de la lumière bleue à l'accumulation de l'amidon dans la microalgue verte Chlamydomonas reinhardtii :
Voie 1 : La lumière bleue, via PHOT, réprime le facteur de transcription (TF) GAPr4 contenant le domaine bHLH, un activateur de GAP1, (glycéraldehyde-3-phosphate déshydrogénase, impliqué dans la glycolyse et dans la fixation photosynthétique du CO2). Le mutant PHOT knock-out phot et les lignées surexprimant GAP1 accumulent de grandes quantités d'amidon.
Voie 2 : La lumière bleue, via PHOT, active le TF RWP5 (appartenant à la famille des TF RWP-K), un répresseur de l'accumulation d'amidon d'une manière indépendante de GAP1.
Voie 3 : la phosphorylation dépendante de PHOT de la sérine/thréonine kinase Blue Starch Kinase 1 (BSK1 ; orthologue de la kinase HT1 d'Arabidopsis qui contrôle les mouvements stomatiques en réponse au CO2) sert de médiateur entre les niveaux de GAP1 et l’accumulation d'amidon d'une manière indépendante de GAPr4.

Notre travail a fait progresser la compréhension actuelle de la façon dont la signalisation lumineuse contrôle le métabolisme chez les micro-algues. Il ajoute également une nouvelle fonction aux multiples rôles jouée par PHOT dont le contrôle de la gamétogenèse à faible teneur en azote, l'expression des gènes codant pour la synthèse de la chlorophylle et celle des caroténoïdes, ainsi que la taille du stigma et la photoprotection.

Jury :
Rapporteur : Christian Fankhauseur
Rapporteur : Jean Alric
Examinatrice : Angela Falciator
Examinateur : Yonghua Li-Beisson
Examinateur : Emilie Demarsy
Examinateur : Johannes Geiselmann
Examinateur : Arthur Grossman
Directeur de thèse : Dimitris Petroutsos
Co-directeur de thèse : Olivier Bastien

Mots clés :
Signalisation, Chlamydomonas reinhardtii, métabolisme