Effets antagonistes de l'oxygène et de la lumière sur la régulation de la photosynthèse et de la respiration chez Rhodopseudomonas palustris

Abstract

La bactérie pourpre photosynthétique Rhodopseudomonas palustris présente la particularité de pouvoir se développer en utilisant la photosynthèse ou la respiration et de posséder six bactériophytochromes, ainsi que deux régulateurs de transcription PpsR. Ce travail de thèse a consisté à étudier les rôles des bactériophytochromes et des régulateurs PpsR dans la régulation de la photosynthèse et de la respiration par la lumière et l oxygène. L étude de la synthèse du photosystème et de l activité respiratoire chez Rps. palustris sauvage, ou inactivée dans des bactériophytochromes ou dans les PpsRs, a révélé (i) que le bactériophytochrome RpBphP1, activé par un éclairement rouge lointain, est capable d activer la synthèse du photosystème en levant la répression exercée par PpsR2 depuis la microaérobie jusqu à l aérobie ; (ii) que la synthèse des antennes LH2 est activée par le régulateur de transcription PpsR1 et le bactériophytochrome RpBphP4, qui, selon les souches de Rps. palustris, est un senseur d oxygène ou de lumière et (iii) que RpBphP1, PpsR1 et PpsR2 sont impliqués dans la régulation de la respiration de Rps. palustris par la lumiére rouge lointain. Les résultats obtenus en combinant des approches in silico, de biologie moléculaire et de biochimie, nous amènent à proposer que le bactériophytochrome RpBphP1, en inhibant l activation de PpsR2 sur la transcription de sucA codant pour la sous-unité E1 de l alpha-cétoglutarate déshydrogénase, une enzyme centrale du cycle de Krebs est responsable d une limitation de respiration de 40% sous éclairement rouge lointain par rapport à l obscurité. Nos résultats indiquent qu un éclairement rouge lointain, via l action de RpBphP1 sur PpsR2, a un double effet puisque, d une part, il active la mise en place du photosystème, et, d autre part, il limite la respiration. Ce travail a également révélé que les régulateurs PpsR1 et PpsR2 sont à la fois des répresseurs et des activateurs de transcription, qui peuvent agir de concert, ou de façon opposée. Enfin, nous avons montré que les mécanismes moléculaires régissant les régulations métaboliques ayant lieu chez Rps. palustris ne sont pas tous retrouvés chez une bactérie phylogénétiquement proche de Rps. palustris, Bradyrhizobium ORS278.The photosynthetic purple bacterium Rhodopseudomonas palustris is able to develop using photosynthesis or respiration. Extraordinarily, it possesses six bacteriophytochromes and two PpsR transcriptional regulators. This work aimed at studying bacteriophytochromes and PpsR roles in the regulation of photosynthesis and respiration by light and oxygen. The study of photosystem synthesis and respiratory activity in Rps. palustris WT, or inactivated in bacteriophytochromes or in PpsRs showed that (i) the bacteriophytochrome RpBphP1, activated by a far red illumination can trigger photosystem synthesis, by counterbalancing PpsR2 repressive effect, from microaerobic to aerobic conditions ; (ii) that LH2 antennae synthesis is activated by the PpsR1 transcriptional regulator and the bacteriophytochrome RpBphP4, which, depending on the Rps. palustris strain, can be an oxygen sensor or a light sensor and (iii) that RpBphP1, PpsR1 and PpsR2 are involved in the regulation of Rps. palustris respiratory activity by far red light. Considering the results obtained combining in silico, molecular biology and biochemistry approaches, we propose that the bacteriophytochrome RpBphP1, by inhibiting PpsR2 activation on the transcription of sucA encoding the subunit E1 of the alpha-ketoglutarate dehydrogenase, a central enzyme in the Krebs cycle is responsible for a 40% respiration limitation under far red illumination relative to darkness. Our results showed that a far red illumination, via RpBphP1 action on PpsR2, has a double effect since it activates photosystem synthesis on the one hand, and limits respiration on the other hand. This work also revealed that PpsR1 and PpsR2 regulators are both transcriptional repressors and activators, which can have joint or opposite effects. Finally, we showed that the molecular mechanisms responsible for the metabolic regulations encountered in Rps. palustris are not all retrieved in the phylogenetically closely related bacterium, Bradyrhizobium ORS278.AIX-MARSEILLE2-BU Sci.Luminy (130552106) / SudocSudocFranceF