Régulation du photosystème II face au changement climatique

Regulation of photosystem II in the context of climate change

• Auteur / Autrice : Lucas Leverne
• Direction : Anja Krieger-Liszkay, Fabienne Maignan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences végétales
• Date : Soutenance le 15/11/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Michaël Hodges
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Alric, Gilles Curien, Valérie Le Dantec
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Alric, Gilles Curien

Mots clés

Mots clés contrôlés

Satellites artificiels en télédétection

Fluorescence

Modélisation des données (informatique)

Régulation cellulaire

Photosynthèse

Mots clés libres

Photosynthèse

Mécanisme de régulation

Modélisation

Fluorescence de la chlorophylle

Photosynthesis

Regulatory mechanism

Modelling

Chlorophyll fluorescence

Résumé

L'absorption du CO₂ atmosphérique via la photosynthèse joue un rôle majeur pour l'atténuation du changement climatique. Néanmoins via des épisodes de canicule et de sécheresse ces dernier induit d'importants stress sur les plantes terrestres. Dans ce contexte des incertitudes considérables persistent dans la prévision des capacités d'absorption du CO₂ par les plantes terrestres pour les décennies futures. C'est pourquoi nous avons étudié la régulation de la photosynthèse dans ces conditions de stress, depuis l'échelle moléculaire au niveau du chloroplaste, jusqu'à l'échelle globale des surfaces continentales. Nous avons utilisé principalement des mesures de fluorescence de la chlorophylle a, permettant de faire le lien entre les connaissances de la plus petite échelle à la plus grande. Cette thèse nous a permis de proposer de nouveaux modèles pour la régulation de la photosynthèse à plusieurs échelles : un rôle potentiel pour le glycolate au niveau du PSII (chapitre 2), une voie de signalisation possible entre le chloroplaste et les racines (chapitre 3), l'impact combiné de l'âge et l'espèce de la plante pour les température extrêmes (chapitre 4), la modélisation d'un processus de régulation moléculaire implémenté dans le modèle de surfaces continentales ORCHIDEE pour l'ensemble des forêts boréales à aiguilles persistantes (chapitre 5), et enfin la modélisation d'un processus de régulation pour des arbustes en conditions de sécheresse et hautes températures (chapitre 6). Dans l'ensemble, ce travail a permis une première connexion entre des chercheurs experts de la régulation de la photosynthèse aux échelles moléculaires et globales. Cette connexion a conduit à améliorer la modélisation de l'absorption du CO₂ atmosphérique par les surfaces continentales, et ainsi réduire les incertitudes associées dans les projections climatiques.

The absorption of atmospheric CO₂ through photosynthesis plays a crucial role in mitigating climate change. However, climate change-induced heatwaves and drought impose significant stresses on terrestrial plants. Despite ongoing efforts, there remain considerable uncertainties in predicting the future of the CO₂ absorption capacities of these plants. Consequently, we conducted a study to investigate the regulation of photosynthesis under such stresses, spanning from the molecular scale at chloroplast level to the global scale of continental surfaces. Using chlorophyll a fluorescence measurements as our primary tool, we established connections between knowledge at different scales. This thesis has yielded novel models for photosynthesis regulation across multiple levels: identifying a potential role for glycolate at the PSII level (Chapter 2), exploring a potential signalling pathway between the chloroplast and roots (Chapter 3), examining the combined effects of plant age and species on extreme temperatures (Chapter 4), implementing a molecular regulation process in the ORCHIDEE model for boreal evergreen needleleaf forests (Chapter 5), and modelling regulation processes for poplar trees under drought and high temperature conditions (Chapter 6). Overall, this research establishes a valuable connection between research on photosynthesis regulation at molecular and global scales This connection has led to improvements in the modelling of atmospheric CO₂ absorption by continental surfaces, consequently reducing associated uncertainties for climate projections.