Light stress and photoprotection in green algae, mosses and diatoms

par Giulio Rocco Stella

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Roberto Bassi, Angela Falciatore et de Fayza Daboussi.

Soutenue le 13-09-2016

à Paris 6 en cotutelle avec l'Université de Vérone (Italie) , dans le cadre de École doctorale Complexité du vivant (Paris) , en partenariat avec Biologie Computationnelle et Quantitative (laboratoire) .

Le jury était composé de Tomas Morosinotto, Maurizio Ribera D 'Alcalà, Benjamin Bailleul, Pierre Carol.

  • Titre traduit

    Stress lumineux et photoprotection chez les algues vertes, mousses et diatomées


  • Résumé

    Les bases moléculaires des réponses aux excès de lumière chez les organismes photosynthétiques appartenant à des lignées évolutives distinctes ne sont toujours pas complètement caractérisées. Par conséquent, j'ai caractérisé des antennes photoprotectrices dans les algues vertes, les mousses et les diatomées et j'ai exploré la fonction de deux cycles de xanthophylles chez les diatomées.J'ai étudié les protéines Light Harvesting Complex Stress-Related (LHCSR) dans tous ces organismes. Chez l'algue verte Chlamydomonas reinhardtii, j’ai identifié par mutagénèse dirigée, complémentation fonctionnelle et par une approche biochimique les acides aminés responsables de l'activation de LHCSR3, une protéine importante pour le NPQ.Dans le modèle de mousse Physcomitrella patens, j'ai etudié in vitro les caractéristiques spectroscopique ainsi que le quenching de différents mutants de liaison de pigment sur la protéine LHCSR1.Les protéines LHCSR dans les diatomées sont nommées LHCXs, et dans Phaeodactylum tricornutum j'ai montré que l'expansion de la famille des gènes LHCX reflète une diversification fonctionnelle de ces protéines permettant de répondre à des environnements marins très variables.L'autre acteur principal de la photoprotection dans les diatomées est le cycle des xanthophylles. J’ai trouvé que l'accumulation d'une grande quantité de viola- et zéaxanthin a un effet négatif sur le NPQ montrant que la zéaxanthin ne participe pas au NPQ chez diatomées.Grâce à ces études effectuées, nous avons acquis une connaissance plus approfondie sur les caractéristiques communes et les spécificités de la photoprotection.chez différents organismes.


  • Résumé

    The molecular bases of responses to light excess in photosynthetic organisms having different evolutionary histories and belonging to different lineages are still not completely characterized. Therefore I explored the functions of photoprotective antennae in green algae, mosses and diatoms, together with the role of the two xanthophyll cycles present in diatoms.I studied the Light Harvesting Complex Stress-Related (LHCSR) proteins in different organisms. In the green alga Chlamydomonas reinhardtii, LHCSR3 is a protein important for photoprotection. I used site-specific mutagenesis in vivo and in vitro and identified three residues of LHCSR3 that are responsible for its activation.With the moss Physcomitrella patens I studied the in vitro spectroscopic and quenching characteristics of different pigment-binding mutants of the protein LHCSR1, focusing in particular on chlorophylls A2 and A5.LHCSRs in diatoms are named LHCXs, and in Phaeodactylum tricornutum I found that multiple abiotic stress signals converge to regulate the LHCX content of cells, providing a way to fine-tune light harvesting and photoprotection.The other main driver of photoprotection in diatoms is the xanthophyll cycle. Here I found that the accumulation of viola- and zeaxanthin in P. tricornutum have a negative effect in the development of NPQ, showing that zeaxanthin does not participate in the enhancing of NPQ in diatoms.Thanks to these studies done on different organisms, we gained a deeper knowledge on the shared characteristics and on the peculiar features about photoprotection in green algae, mosses and diatoms.


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