Regulatory roles of the cytochrome b6f complex in redox sensing and state transitions in Chlamydomonas reinhardtii : a structure-function study

par Louis Dumas

Thèse de doctorat en Biologie végétale

Sous la direction de Gilles Peltier et de Jean Alric.

Le président du jury était Wolfgang Nitschke.

Le jury était composé de Alison Smith, Francesca Zito.

Les rapporteurs étaient Francis-André Wollman, Michel Goldschmidt-Clermont.

  • Titre traduit

    Roles du cytochrome b6f dans la régulation des transitions d'état : une étude structure-fonction


  • Résumé

    Pour optimiser l’efficacité photosynthétique, les organismes de la lignée verte régulent la distribution de l’excitation lumineuse entre les deux photosystèmes grâce aux transitions d’état. Par un mécanisme encore inconnu, le cytochrome (cyt) b6f détecte ces changements redox et transmet un signal d’activation à la kinase des transitions d’état, Stt7. Afin de comprendre le rôle du cyt b6f, nous avons mis au point une stratégie expérimentale combinant la mutagénèse aléatoire d’un gène chloroplastique par PCR error-prone, la transformation chloroplastique et la sélection des clones sur leur croissance phototrophe. Les transformants ont ensuite été criblés par imagerie de l’émission de fluorescence de la chlorophylle sur leur capacité à réaliser des transitions d’état. Plusieurs mutants de transitions d’état ont été ainsi isolés, et le séquençage a révélé que les mutations impliquées étaient concentrées sur la boucle stromale fg de la sous-unité IV. La mutagénèse dirigée de plusieurs résidus clés de la boucle fg a montré que les substitutions des résidus Asn122, Tyr124 et Arg215 généraient des mutants bloqués à l’état I indépendamment de l’état redox du pool de quinones. Des expériences d’interaction protéine-protéine ont ensuite servi à prouver que le domaine kinase de Stt7 interagit avec la boucle fg de la sous-unité IV et que son activité d’autophosphorylation dépend du résidu Arg125. Nous proposons un modèle de l’interaction entre ces deux protéines ainsi que du mécanisme d’activation de la kinase médié par le cyt b6f.

    mots clés mots clés

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  • Résumé

    To optimize photosynthetic efficiency in ever-changing light conditions, organisms of the green lineage regulate the distribution of energy input between the two photosystems through state transitions. Through a yet unknown mechanism, the cytochrome (cyt) b6f complex detects these redox changes and transmits a signal to the state transition kinase Stt7 for its activation. In order to decipher the role of the cyt b6f, we devised a novel experimental strategy in Chlamydomonas reinhardtii combining the random mutagenesis of a chloroplast gene by error-prone PCR, chloroplast transformation and selection of clones on phototrophic growth. Transformants were then screened by chlorophyll fluorescence emission imaging on their ability to perform state transitions. Several state transition mutants were isolated, and sequencing revealed that mutations concentrated in the stromal fg loop of subunit IV. Site-directed mutagenesis of key fg loop residues showed that substitutions of Asn122, Tyr124 and Arg125 produced mutants that are blocked in State I independently of the redox state of the PQ pool and with no adverse effects on cyt b6f assembly and electron transfer activity. Protein-protein interaction studies provided evidence that the kinase domain of Stt7 interacts with the subunit IV fg loop and that its autophosphorylation activity depends on Arg125. We propose a model for the interaction between these two proteins as well as for the cyt b6f-mediated mechanism of Stt7 activation.


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