Light utilization in microalgae : the marine diatom Phaeodactylum tricornutum and the green algae Chlamydomonas reinhardtii

par Serena Flori

Thèse de doctorat en Biologie Végétale

Sous la direction de Giovanni Finazzi.

Le président du jury était Christelle Breton.

Le jury était composé de Xenie Johnson, Dimitris Petroutsos, Jun Minagawa.

Les rapporteurs étaient Claire Remacle, Maurizio Ribera d'Alcala.

  • Titre traduit

    L'utilisation de la lumière chez les microalgues : la diatomée marine Phaeodactylum tricornutum et l'algue verte Chlamydomonas reinhardtii


  • Résumé

    Les microalgues ont développé des approches distinctes pour moduler l'absorption de la lumière et son utilisation par leurs photosystèmes en réponse à des stimuli environnementaux. Dans ce rapport de Thèse je présente les différentes stratégies employées par une algue d'eau douce (Chlamydomonas reinhardtii) et une algue marine (Phaeodactylum tricornutum) pour optimiser leur acclimatation à l'environnement.Dans la première partie de ce rapport, je propose un modèle de cellules entières de la diatomée marine Phaeodactylum tricornutum obtenue par analyses spectroscopiques et biochimiques ainsi que par l’obtention d’images par microscopie électronique et reconstitution 3-D. Ce modèle a été utilisé pour répondre aux questions suivantes i. comment est structuré un chloroplaste secondaire pour faciliter les échanges avec le cytosol à travers les quatre membranes qui le délimitent ii. comment sont structurées les membranes photosynthétiques afin d’optimiser l'absorption de lumière et le flux d'électrons et iii. comment les chloroplastes et les mitochondries sont organisés pour optimiser l'assimilation du CO2 par échange ATP / NADPH.La deuxième partie de ce rapport porte sur la régulation de la collection de la lumière et de sa dissipation chez Chlamydomonas grâce à l'étude d'une part du rôle de la perception de la couleur de la lumière et d'autre part du métabolisme sur la dissipation de l'excès de lumière par quenching non photochimique (NPQ). En utilisant des approches biochimiques et spectroscopiques, j'ai mis en évidence un lien moléculaire entre la photoréception, la photosynthèse et la photoprotection chez Chlamydomonas via le rôle du photorécepteur phototropine, démontrant ainsi que le métabolisme, en plus de la lumière, peut aussi affecter ce processus d'acclimatation.En conclusion, ce travail de thèse révèle l'existence et l'intégration des différentes voies de signalisation dans la régulation des réponses photoprotectrices mises en place chez les microalgues marines et d'eau douce.


  • Résumé

    Microalgae have developed distinct approaches to modulate light absorption and utilization by their photosystems in response to environmental stimuli. In this Ph.D Thesis, I characterised different strategies employed by freshwater (Chlamydomonas reinhardtii) and marine algae (Phaeodactylum tricornutum) to optimise their acclimation to the environment.In the first part of this work, I used spectroscopic, biochemical, electron microscopy analysis and 3-dimentional reconstitution to generate a model of the entire cell of the marine diatom Phaeodactylum tricornutum. This model has been used to address the following questions: i. how is a secondary chloroplast structured to facilitate exchanges with the cytosol via its four membranes envelope barrier ii. how have diatoms shaped their photosynthetic membranes to optimise light absorption and downstream electron flow and iii. how the cellular organelles interact to optimise CO2 assimilation via ATP/NADPH exchanges.In the second part, I have focused on the regulation of light harvesting and dissipation in Chlamydomonas by studying the role of perception of light colour and metabolism on excess light dissipation via the Non-Photochemical Quenching of energy (NPQ). Using biochemical and spectroscopic approaches, I found a molecular link between photoreception, photosynthesis and photoprotection in Chlamydomonas via the role of the photoreceptor phototropin on excess absorbed energy dissipation (NPQ) and also demonstrated that besides light, downstream metabolism can also affect this acclimation process.Overall this Ph.D work reveals the existence and integration of different signal pathways in the regulation of photoprotective responses by microalgae living in the ocean and in the land.


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