Soutenance de thèse de Ousmane DAO

Les microalgues représentent la moitié de la fixation du CO2 sur terre et sont très prometteuses pour les applications biotechnologiques en raison de leur grande capacité à accumuler de l'amidon et du triacylglycérol (TAG). Cependant, les perturbations environnementales telles que la limitation de l'azote (N) et du CO2 affectent fortement la photosynthèse, et donc la production de biomasse et de réserves de carbone. Par conséquent, la compréhension des mécanismes qui régulent le statut énergétique cellulaire des microalgues est essentielle pour leur domestication. Dans la première partie de cette thèse, nous avons exploré la régulation de la photosynthèse chez Chlamydomonas, une microalgue verte modèle, en réponse à la limitation d'azote (chapitre 1). Le déficit en azote est souvent rencontrée dans la nature et conduit à un arrêt de la croissance, à une diminution de l’efficacité photosynthétique et à un stockage massif de carbone. Les mécanismes par lesquels la photosynthèse est régulée étaient largement inconnus. Nous avons montré que le flux cyclique d'électrons contrôlé par le Proton Gradient Regulator-like 1 (PGRL1) contribue à la régulation de la photosynthèse pendant la carence en azote. En l'absence de PGRL1, les cellules présentent une photosynthèse soutenue et une suraccumulation de TAG grâce aux protéines Flavodiiron (FLV). Nous avons donc proposé une stratégie pour améliorer la production de biomasse et de TAG pour des applications biotechnologiques. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons exploré le rôle de la communication redox inter-organelles via la navette malate dans l'adaptation de Chlamydomonas aux fluctuations environnementales (Chapitres 2 et 3). Nous avons démontré le rôle essentiel du transporteur chloroplastique de malate, Low-CO2 Inducible 20 (LCI20), lors de la transition de haut à bas CO2 et de photoautotrophie à mixotrophie. En mesurant la sécrétion de glycolate et en surveillant la croissance sous différents rapports CO2/O2, nous avons découvert que LCI20 joue un rôle dans la photorespiration qui a été récemment sous-estimé chez les microalgues en raison de la présence de mécanismes de concentration de CO2. Nous discutons de la pertinence physiologique des mécanismes de navette du malate chez les microalgues pendant la colonisation de niches écologiques contrastées.

Microalgae account for half of CO2 fixation on earth and hold great promise for biotechnological applications thanks to their capacity in accumulating large amount of starch and triacylglycerols (TAGs). However, environmental fluctuations such as nitrogen (N) and CO2 limitation strongly affect photosynthesis, therefore biomass and carbon reserves production. Therefore, understanding the mechanisms that regulate the cellular energy status of microalgae is essential for their domestication. In the first part of this thesis, we explored the regulation of photosynthesis in Chlamydomonas, a model green microalga, in response to N starvation (Chapter 1). N scarcity is often encountered in nature and leads to growth arrest, down-regulation of photosynthesis and massive carbon storage. The mechanisms by which photosynthesis is regulated were largely unknown. We have shown that the cyclic electron flow controlled by the Proton Gradient Regulator-like 1 (PGRL1) contributes to the downregulation of photosynthesis during N deficiency. In the absence of PGRL1, cells exhibit sustained photosynthesis and TAG over accumulation thanks to Flavodiiron (FLV) proteins. We therefore proposed a strategy to improve biomass and TAG production for biotechnological applications. In the second part of this thesis, we explored the role of inter-organelle redox communication via the malate shuttle in the adaptation of Chlamydomonas to fluctuations in carbon sources (CO2 level or acetate) (Chapters 2 and 3). We have demonstrated the essential role of the chloroplastic malate transporter, Low-CO2 Inducible 20 (LCI20), during the transition from high to low CO2 and from photoautotrophy to mixotrophy. By measuring glycolate secretion and monitoring growth under different CO2/O2 ratios, we discovered that LCI20 plays a role in photorespiration that has recently been underestimated in microalgae due to the presence of active CO2 concentration mechanisms. We discuss the physiological relevance of malate shuttle mechanisms in microalgae during colonization of contrasting ecological niches.