Light sensing in the Ocean: studying diatom phytochrome photoreceptors - Biologie du chloroplaste et perception de la lumière chez les micro-algues Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Light sensing in the Ocean: studying diatom phytochrome photoreceptors

Perception de la lumière dans l'océan: étude des phytochrome des diatomées

Résumé

Light is an essential source of energy and information for photosynthetic organisms. In the marine environment red and far-red lights are quickly attenuated in the water column compared to blue and green light. Accordingly, predominant marine algae such as diatoms possess a wide array of blue and green light photoreceptors, but also red (R)/far-red (FR) light sensing phytochrome photoreceptors(DPH), capable of regulating gene expression in response to FR light in the model diatom Phaeodactylum tricornutum (Pt). However the biological function of this photoreceptor is still unknown. By setting up a reporter system to monitor ptDPH activity in vivo, I was able to characterize its photochemical properties, model its activity in different marine light fields, and show that DPHs can detect related to depth and phytoplankton concentration. Using bioinformatics approaches, I looked for DPH in the available genomes and transcriptomes of diverse diatoms and analyzed their distribution in the environment using the meta-omics data from the Tara Oceans expedition. This revealed that plantktonic diatoms of the centric group possessing DPH are present in temperate and polar regions. Inn these species PDH may work as sensor of depth and phytoplanktonic concentration. Pennate diatoms living in sediments can present duplication of the DPH genes. We show that these duplicated genes can have different spectral properties, and that some benthic diatoms show a specific adaptation to R light that could be regulated by DPH. Finally, I started address the PtDPH signaling pathway, by investigating its chromophore synthesis, subcellular localization and interacting partners. This work bring new insights into DPH-mediated light perception mechanisms in diatoms and their significance for colonizing various environmental niches.
La lumière est une source essentielle d'énergie et d'information pour les organismes photosynthétiques. Dans l'environnement marin, les lumières rouge et rouge lointain sont rapidement atténuées dans la colonne d'eau par rapport au bleu et au vert. Les algues marines telles que les diatomées possèdent un large éventail de photorécepteurs de lumière bleue et verte, mais aussi des phytochromes (DPH) qui perçoivent la lumière rouge (R) et rouge (RL), capables de réguler l'expression des gènes en réponse à la lumière RL chez la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum (Pt). Cependant, la fonction biologique de ce photorécepteur est encore inconnue. En mettant en place un système rapporteur pour suivre l'activité de ptDPH in vivo, j'ai pu caractériser ses propriétés photochimiques, modéliser son activité dans différents champs lumineux marins, et montrer que les DPH peuvent en détecter les variations liées à la profondeur et à la concentration de phytoplancton. Via des approches bioinformatiques, j'ai recherché les DPH dans les génomes et transcriptomes disponibles de diverses diatomées et analysé leur distribution dans l'environnement en utilisant les données méta-omiques générées au cours de l’expédition Tara Oceans. Ceci a révélé que les diatomées plantctoniques du groupe des centriques possédant la DPH sont présentes dans les régions tempérées et polaires, tandis que les diatomées pennées vivant dans les sédiments peuvent présenter une duplication du gène DPH. Nous avons montré que ces gènes dupliqués ont des propriétés spectrales différentes, et que certaines diatomées benthiques montrent une adaptation spécifique à la lumière R qui pourrait être régulée par la DPH. Enfin, j'ai commencé à aborder la voie de signalisation de la PtDPH, en examinant la synthèse de son chromophore, sa localisation et ses partenaires d'interaction. Ce travail apporte de nouvelles connaissances sur les mécanismes de perception de la lumière chez les diatomées et leurs importances pour coloniser différentes niches environnementales.
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-04013110 , version 1 (03-03-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04013110 , version 1

Citer

Carole Duchêne. Light sensing in the Ocean: studying diatom phytochrome photoreceptors. Life Sciences [q-bio]. Sorbonne Université, 2022. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04013110⟩
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