Implication des réserves carbonées dans le photoproduction d'hydrogène chez l'algue verte Chlamydomonas reinhardtii

Abstract

L algue verte unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii, est capable de produire de l hydrogène en utilisant l eau comme donneur d électrons et la lumière solaire comme source d énergie. Bien que cette propriété offre des perspectives biotechnologiques intéressantes, une limitation majeure est liée à la sensibilité de l hydrogénase à l oxygène, sous produit de l activité photosynthétique. Il avait été précédemment montré qu en condition de carence en soufre, C. reinhardtii peut produire de l hydrogène pendant plusieurs jours (Melis et al. 2000). Au cours de ce processus, deux voies de production, l une directe impliquant le photosystème II (PSII) et l autre indirecte impliquant le seul PSI cohabitent, les réserves d amidon étant supposées jouer un rôle dans le fonctionnement de chacune de ces voies. L objectif de ce travail de thèse visait à élucider les mécanismes reliant le catabolisme de l amidon au processus de photo production d hydrogène. Dans un premier temps, l analyse de mutants affectés dans la biosynthèse de l amidon (sta6 et sta7) a permis de montrer que, si les réserves d amidon étaient essentielles au fonctionnement de la voie indirecte, elles ne participaient pas à la voie directe. Dans un second temps, dans le but d identifier les étapes métaboliques et les régulations impliquées dans le catabolisme de l amidon, nous avons développé une approche génétique basée sur la recherche de mutants affectés dans la mobilisation des réserves. Huit mutants (std1 à std8) affectés à des degrés divers dans leurs capacités à dégrader l amidon suite à une phase d accumulation préalable ont été isolés à partir d une banque de 15 000 mutants d insertion. Un des ces mutants, std1 est affecté dans une kinase apparentée à la famille des DYRK (dualspecificity tyrosine regulated serine threonine kinase). Bien que les cibles de cette enzyme restent à déterminer, l analyse du protéome lié aux grains d amidon indique de profondes modifications dans l expression de phosphorylases potentiellement impliquées dans la dégradation de l amidon. STD1 représente le premier élément régulateur du catabolisme de l amidon identifié à ce jour chez les végétauxThe unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii is able to produce hydrogen, using water as an electron donor, and sunlight as an energy source. Although this property offers interesting biotechnological perspectives, a major limitation is related to the sensitivity of hydrogenase to oxygen which is produced by photosynthesis. It had been previously shown that in conditions of sulfur deprivation, C. reinhardtii is able to produce hydrogen during several days (Melis et an. 2000). During this process, two pathways, one direct depending on photosystem II (PSII) activity and the other involving only the PSI, are involved, starch reserves being supposed to play a role in both of these pathways. The purpose of this phD thesis was to elucidate the mechanisms linking starch catabolism to the hydrogen photoproduction process. Firstly, the analysis of mutants affected in starch biosynthesis (sta6 and sta7) showed that if starch reserves are essential to the functioning of the indirect pathway, they are not involved in the direct one. Secondly, in order to identify metabolic steps and regulatory processes involved in starch breakdown, we developed a genetic approach based on the search of mutants affected in starch reserves mobilization. Eight mutant (std1 to std8) diversely affected in their ability to degrade starch after an accumulation phase have been isolated from an insertional mutant library of 15,000 clones. One of these mutants, std1, is affected in a kinase related to the DYRK family (dual specificity tyrosine regulated serine threonine kinase). Although the targets of this putative kinase remain to be identified, the analysis of the granulebound proteome displayed profound alterations in the expression profile of starch phosphorylases, potentially involved in starch breakdown. STD1 represents the first starch catabolism regulator identified to date in plantsAIX-MARSEILLE2-BU Sci.Luminy (130552106) / SudocSudocFranceF