Dynamique de l'acclimatation des diatomées marines aux rayonnements ultraviolets : approches physiologiques, biochimiques et moléculaires

par Manuela Fouqueray

Thèse de doctorat en Biophysiologie des organismes et des populations

Sous la direction de Gérard Tremblin.

Soutenue en 2007

à Le Mans .


  • Résumé

    Parmi les organismes photosynthétiques aquatiques, les diatomées marines sont responsables du quart de la fixation annuelle du carbone inorganique dans les océans. Les rayonnements ultraviolets (UV) induisent une réduction de productivité de ces micro algues entraînant des effets négatifs aussi bien au niveau économique (conchyliculture) qu'au niveau écologique (cycles biogéochimiques). Ce travail de thèse porte sur l'étude expérimentale de l'acclimatation à court terme aux rayonnements UV de cinq diatomées marines: Amphora coffeaeformis, Entomoneis paludosa, Haslea ostrearia, Odontella aurita et Skeletonema costatum. L'originalité de ce travail réside dans le fait que la dynamique de la phase d'acclimatation a été étudiée chez ces cinq espèces exposées à un stress UV (UV-A et UV-B) de 5 h appliqué au milieu de la photopériode et durant 8 jours consécutifs. Des mesures de fluorescence de la chlorophylle a (fluorimétrie modulée), au cours du traitement UV, ont permis de suivre en continu l'évolution des paramètres photosynthétiques (rendement quantique maximal et effectif, taux relatif maximum de transport des électrons) et de quantifier à la fois les dommages subis au niveau de l'appareil photosynthétique et d'éventuelles réparations. La récupération (en dehors des périodes de stress) au niveau des paramètres mesurés semble être un facteur clef de l'acclimatation. L'utilisation de la lincomycine a permis de montrer que la protéine Dl du photosystème II est une une cible importante des UV et que son taux de renouvellement augmente au fur et à mesure des expositions. L'ensemble des résultats indique que Skeletonema costatum est incapable de s'acclimater aux UV. La quantification des constantes de dommages et de réparation met en évidence les capacités d'acclimatation aux UV des autres diatomées étudiées. Ainsi, Amphora coffeaeformis, Entomoneis paludosa et Haslea ostrearia voient leurs photosystèmes s'acclimater au stress UV grâce aux phénomènes de récupération et de réparation tandis que chez Odontella aurita, la réparation est importante mais l'absence de récupération et de mécanismes de défense et/ou de protection ne permet pas à cette espèce de compenser l'ensemble des dommages subis. Par ailleurs, les diatomées mettent en place des mécanismes de défense et de protection vis à vis des formes réactives de l'oxygène dont la production est augmentée sous traitement UV. Parmi ces mécanismes, l'activité d'enzymes antioxydantes a été suivie durant la phase d'acclimatation. Nos résultats indiquent qu'une réduction globale de ces activités est liée à la sensibilité des diatomées aux UV. La phosphoénolpyruvate carboxylase (PEPCase) intervient, comme la ribulose bisphosphate carboxylase, dans la fixation du carbone inorganique chez les diatomées. De plus, l'anhydrase carbonique (AC) joue un rôle important dans l'approvisionnement en carbone inorganique chez les diatomées. Afin de déterminer à quel niveau les UV agissent sur ces enzymes (sur l'activité enzymatique ou au niveau de la transcription des gènes), les gènes codant l'a-AC, la B-AC et la PEPCase ont été recherchés chez A. Coffeaeformis. Il a été mis en évidence une séquence partielle de la PEPCase (357 aa) présentant une forte identité avec les PEPCases de plantes supérieures mais formant, avec les séquences connues de deux autres diatomées, un groupe bien distinct. Les premiers essais de quantification des transcrits au cours de 8 jours d'exposition indiquent que les UV induiraient une inhibition de la transcription de la PEPCase chez A. Coffeaeformis. Ces diverses approches ont permis de mettre en évidence des différences de comportements des diatomées vis à vis des rayonnements UV avec un effet majeur au niveau physiologique (photosystème II) et moléculaire (PEPCase).


  • Résumé

    Among the photosynthetic aquatic organisms, marine diatoms are responsible for a quarter of the annual incorporation of inorganic carbon in the oceans. Ultraviolet radiation (UV) induces a reduction of productivity of these microalgae, which has negative impacts on the economical (shellfish industry) as on the ecologicallevel (biogeochemical cycles). This thesis focuses on the short-term acclimation to UV radiation in five marine diatoms : Amphora coffeaeformis, Entomoneis paludosa, Haslea ostrearia, Odontella aurita and Skeletonema costatum. The originality of this work was the study of the dynamics of the acclimation phase of the different species exposed to UV radiation. The UV stress consisted in 5h exposure to a combination of UV-A and UV-B radiation applied in the middle of the photoperiod, repeated on 8 consecutive days. Measurements of in vivo chlorophyll fluorescence (modulated fluorimetry), during the UV treatment, allowed to continuously record the changes in photosynthetic parameters (maximum quantum efficiency and effective maximum electron transport rate) and to quantify damage at the photosynthetic apparatus and possible repairs. Recovery (after the stress) estimated by means ofmeasured photosynthetic parameters appears to be a key factor for acclimation. The use of lincomycin demonstrated that the Dl PSII protein was a major target of UV radiation and its turn-over rate increased with exposure. The overall results indicated that S. Costatum is un able to acclimate to UV. The quantification of constants of damage and repair illustrated the capabilities of UV acclimation in the other four diatoms. Thus, in A. Coffeaeformis, E. Paludosa and H. Ostrearia, PSII acclimated to the UV stress due to the mechanism of recovery and repair, while in O. Aurita although repair was important, the absence of recovery and mechanisms of defense and / or protection did not allow to compensate for all the damages. In addition, diatoms developed protection mechanisms with respect to the formation of reactive oxygen species whose production increased under UV treatment. Among these mechanisms, the activity of antioxidant enzymes was followed during the acclimation period. Our results indicated that an overall reduction of these activities was correlated with an increase in sensitivity to UV. The phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPCase), like the ribulose bisphosphate carboxylase (RUBISCO), participates in the inorganic carbon sequestration in diatoms. In addition, carbonic anhydrase (CA) plays an important role in the supply of inorganic carbon in diatoms. To determine at which level UV radiation acts on these enzymes (enzyme activity or at the gene transcription level), a-AC and B-AC and PEPCase genes were investigated in A. Coffeaeformis. A partial sequence (357 aa) of PEPCase was determined. It had a strong identity with PEPCases of plants but formed, with the known sequences of two other diatoms, a different group. The first tests of quantification of transcripts during the 8 days of UV exposure indicated that UV inhibited transcription of PEPCase in A. Coffeaeformis. These various approaches have helped to highlight the differences in behavior of diatoms exposed to UV radiation with a major effect at the physiological (PS II) and the molecular (PEPCase) level.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (165 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 133-146

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  • Bibliothèque : Le Mans Université (Le Mans). Service commun de documentation.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2007LEMA1004
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  • Cote : 2007LEMA1004
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