Réponse aux stimuli lumineux chez la diatomée marine Phaeodactylum tricornutum : implication des protéines bHLH-PAS dans l'horloge circadienne et la physiologie des plastes

Response to light stimuli in the marine diatom Phaeodactylum tricornutum : Involvement of bHLH-PAS proteins in the circadian clock and plastid physiology

• Auteur / Autrice : Alessandro Manzotti
• Direction : Angela Falciatore
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 28/04/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie du chloroplaste et perception de la lumière chez les micro-algues (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : François-Yves Bouget
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eva Farre, Alessandra Rogato, Jean-Pierre Bouly
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Mittag, Wim Vyverman

Mots clés

Mots clés contrôlés

Facteurs de transcription

Rythmes circadiens

Photosynthèse

Diatomées

Mots clés libres

Diatomées

Phaeodactylum tricornutum

Lumière

Horloge circadienne

Photosynthèse

Protéines bHLH-PAS

Diatoms

Phaeodactylum tricornutum

Light

Circadian clock

Photosynthesis

BHLH-PAS proteins

Résumé

Les diatomées sont des microalgues eucaryotes qui représentent l'un des groupes de phytoplancton plus répandus. Cependant, peu d'informations sont disponibles sur la régulation de l'expression génique chez ces algues. En utilisant la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum, les travaux présentés ont mis en évidence le rôle des facteurs de transcription bHLH-PAS dans la régulation de deux processus lumière-dépendants. Il a été montré que la protéine bHLH1a, renommée RITMO1, est impliquée dans la modulation de la rythmicité endogène régulée par les cycles lumière-obscurité. La surexpression et la mutation KO de RITMO1 conduisent à une perturbation des oscillations journalières de la fluorescence cellulaire, de la photosynthétique et de l'expression génique en lumière continue, l'identifiant comme le premier composant de l'horloge circadienne des diatomées. Il a été montré que RITMO1 dimérise avec son paralogue bHLH1b et que la mutation de cet facteur de transcription mène à des perturbations de la rythmicité de la fluorescence cellulaire, indiquant sa co-implication dans l'horloge. Différemment, la protéine bHLH-PAS bHLH2, est impliqué dans la modulation de la photosynthèse dans un mécanisme dépendant de l'intensité lumineuse et non contrôlé par l'horloge. Souches transformées avec des ARN-interférents contre bHLH2 montrent un flux d'électrons réduit au niveau du thylakoïde et un déficit de croissance subséquent. L'expression de cette protéine dépend d'un système de signalisation rétrograde, mettant ainsi en évidence une communication croisée noyau-plaste. Cette étude représente la première caractérisation des protéines bHLH-PAS dans un organisme photosynthétique.

Diatoms are eukaryotic microalgae representing one of the most successful groups of phytoplankton. However, little information is available on the regulatory mechanisms controlling gene expression in diatoms. Through the use of the model diatom Phaeodactylum tricornutum, the work presented highlighted the role of bHLH-PAS family transcription factors in the regulation of two important light-dependent processes. On the one hand, it was shown that bHLH1a protein, renamed RITMO1, is involved in the modulation of endogenous rhythmicity regulated by light-dark cycles. Overexpression and knock-out mutation of this gene led to a disruption of daily cellular fluorescence oscillations, photosynthetic activity and gene expression under constant light condition, identifying RITMO1 as the first component of diatom circadian clock. It was shown that a paralogous transcription factor, bHLH1b, dimerizes with RITMO1 and a mutation of this protein led to disruptions of cellular fluorescence rhythmicity, indicating its co-implication in the timekeeper. Differently, bHLH-PAS protein bHLH2 has been shown to be involved in the modulation of photosynthetic activity in a light intensity-dependent mechanism not controlled by the endogenous clock. Cell lines presenting a construct for RNA-interference against bHLH2 showed reduced electron flow at the thylakoid level and a subsequent growth deficit. It has been shown that the expression of this protein is controlled by retrograde signalling, thus highlighting a crosstalk between nucleus and plastid. This study represented the first characterization of bHLH-PAS proteins in a photosynthetic organism.