Acclimatation des organismes photosynthétiques au rayonnement solaire et extrasolaire

par Yizhong Yuan

Projet de thèse en Biologie Végétale

Sous la direction de Dimitris Petroutsos et de Olivier Bastien.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de Physiologie Cellulaire Végétale (laboratoire) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Dans les organismes photosynthétiques, la lumière solaire recueillie par les pigments présents dans les complexes photosensibles, tels que les chlorophylles et les caroténoïdes, est transférée dans les centres de réaction des photosystèmes, déclenchant le flux d'électrons et entraînant la génération d'ATP et de NADPH. La plupart du temps, la lumière bleue et rouge est recueillie par les complexes de récolte de la lumière pour alimenter la photosynthèse, mais les plantes et les algues expriment également des protéines photoréceptrices collectivement sensibles à presque toutes les longueurs d'onde lumineuses. Ces photorécepteurs convertissent la lumière, détectée par les molécules chromophores, en signaux biologiques contrôlant l'expression des gènes, la photo-orientation, les processus de développement, l'entraînement de l'horloge circadienne et de nombreux autres processus. Par conséquent, la qualité de la lumière est importante non seulement pour les besoins énergétiques de la photosynthèse mais également pour l'homéostasie cellulaire des organismes photosynthétiques contrôlés par les photorécepteurs. Comment la photopériode et la photosynthèse sont-elles mécaniquement interconnectées? Et comment les organismes photosynthétiques s'adapteraient-ils à un rayonnement stellaire avec une distribution d'énergie spectrale différente de celle de la Terre? Pour répondre à ces questions, nous étudierons l'acclimatation du modèle de l'organisme photosynthétique Chlamydomonas reinhardtii, ancêtre des plantes supérieures, au rayonnement stellaire des intensités faible et élevée. Nous évaluerons les conséquences de l'exposition à ce rayonnement particulier au niveau de l'expression génique du génome, de l'activité photosynthétique, de la croissance et de l'ultrastructure cellulaire, en utilisant la lumière visible blanche, l'illumination bleue et rouge comme conditions de référence. Sur la base de nos résultats, nous nous attendons à identifier les gènes ou les réseaux de gènes qui sont essentiels pour l'acclimatation réussie au rayonnement de différentes qualités de lumière. En utilisant des outils d'édition du génome, nous modifierons les gènes d'intérêt pour potentiellement générer des mutants qui seront adaptés au rayonnement de type M. L'illumination avec différentes qualités de lumière sera obtenue en utilisant des panneaux LED. L'expertise de l'IPAG sera précieuse pour la construction d'un panneau LED imitant le spectre du rayonnement de type M.

  • Titre traduit

    Acclimation of photosynthetic organisms to solar and extrasolar radiation


  • Résumé

    In photosynthetic organisms, solar light collected by pigments present in the light-harvesting complexes, such as chlorophylls and carotenoids, is transferred to the reaction centers of photosystems, triggering electron flow, leading to ATP and NADPH generation for use in CO2-fixation. Mostly blue and red light are collected by the light-harvesting complexes to fuel photosynthesis, but plants and algae also express photoreceptor proteins collectively sensitive to almost every light wavelength. These photoreceptors convert light, sensed by chromophore molecules, into biological signals controlling gene expression, photo-orientation, developmental processes, entrainment of the circadian clock, and many other processes. Therefore, the light quality is important not only for the energy requirements of photosynthesis but also for the cellular homeostasis of photosynthetic organisms controlled by the photoreceptors. How are photoperception and photosynthesis mechanistically interconnected? And how would photosynthetic organisms adapt to a stellar radiation with a spectral energy distribution different than this of earth? To address these questions, we will study the acclimation of the model photosynthetic organism Chlamydomonas reinhardtii, ancestor of higher plants, to stellar radiation of low and high intensities. We will assess the consequences of the exposure to this peculiar radiation at the level of genome-wide gene expression, photosynthetic activity, growth and cellular ultrastructure, using white visible light, blue and red illumination as reference conditions. Based on our results we are expecting to identify genes or gene-networks that are essential for the successful acclimation to the radiation of different light qualities. Using genome editing tools we will modify genes of interest to potentially generate mutants that will be adapted to type M radiation. The illumination with different light qualities will be achieved by use of LED panels. The expertise of IPAG will be valuable for the construction of a LED- panel mimicking the spectrum to type M radiation.