Response to light stimuli in the marine diatom Phaeodactylum tricornutum : Involvement of bHLH-PAS proteins
Réponse aux stimuli lumineux chez la diatomée marine Phaeodactylum tricornutum : implication des protéines bHLH-PAS
Résumé
Diatoms are eukaryotic microalgae that represent one of the most successful group of phytoplankton. Despite their ecological relevance, little information is available on the regulatory mechanisms controlling gene expression in these algae. Through the use of the model diatom Phaeodactylum tricornutum, the work presented highlighted the role of bHLH-PAS family transcription factors in the regulation of two critically important light-dependent processes. On the one hand, it was shown that the bHLH1a protein, later renamed RITMO1, is involved in the modulation of the endogenous rhythmicity regulated by light-dark cycles. Overexpression and knock-out mutation of this gene led to a disruption of daily cellular fluorescence oscillations, photosynthetic activity, and gene expression under constant light condition, identifying RITMO1 as the first characterized component of the diatom circadian clock. It was also shown that a paralogous transcription factor, bHLH1b, dimerizes with RITMO1 and a mutation of this protein led to a similar disruption of fluorescence rhythmicity, indicating its co-implication in the endogenous timekeeper. In parallel the third P. tricornutum bHLH-PAS protein, bHLH2, has been shown to be involved in the modulation of photosynthetic activity in a light intensity-dependent mechanism not controlled by the endogenous clock. Cell lines presenting a construct for RNA interference against bHLH2 show reduced electron flow at the level of the thylakoid photosynthetic chain and a subsequent deficit in growth. It has been shown that the expression of this protein is controlled by a retrograde signaling pathway, thus highlighting a crosstalk between nucleus and plastid. This study represents the first characterization of bHLH-PAS proteins in a photosynthetic organism.
Les diatomées sont des microalgues eucaryotes qui représentent l'un des groupes de phytoplancton les plus répandus. Malgré leur importance écologique, peu d'informations sont disponibles sur les mécanismes de régulation contrôlant l'expression des gènes chez ces algues. En utilisant la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum, les travaux présentés ont mis en évidence le rôle des facteurs de transcription de la famille bHLH-PAS dans la régulation de deux processus critiques dépendant de la lumière. D'une part, il a été montré que la protéine bHLH1a, renommée RITMO1, est impliquée dans la modulation de la rythmicité endogène régulée par les cycles lumière-obscurité. La surexpression et la mutation KO de cette protéine conduisent à une perturbation des oscillations journalières de la fluorescence cellulaire, de l'activité photosynthétique et de l'expression génique en condition de lumière continue, l'identifiant comme le premier composant caractérisé de l'horloge circadienne des diatomées. Il a également été démontré que RITMO1 dimérise avec son paralogue bHLH1b et que la mutation de cet autre facteur de transcription mène à des perturbations similaires de la rythmicité de la fluorescence, indiquant sa co-implication dans l’horloge endogène. En parallèle, il a été montré qu’un troisième facteur de transcription de type bHLH-PAS, bHLH2, est impliqué dans la modulation de l'activité photosynthétique dans un mécanisme dépendant de l'intensité lumineuse et non contrôlé par l'horloge endogène. Les lignées cellulaires transformées avec des ARN interférents contre bHLH2 montrent un flux d'électrons réduit au niveau de la chaîne photosynthétique thylakoïdale et un déficit de croissance subséquent. L'expression de cette protéine s’esrt avérée dépendre d’un système de signalisation rétrograde, mettant ainsi en évidence une communication croisée entre le noyau et le plaste. Cette étude représente la première caractérisation des protéines bHLH-PAS dans un organisme photosynthétique.