A genetic suppressor approach to the biogenesis, quality control and function of photosynthetic complexes in Chlamydomonas reinhardtii

Une approche génétique de recherche de suppresseur pour l’étude de la biogenèse, du contrôle qualité et de la fonction des complexes photosynthétiques chez Chlamydomonas reinhardtii

Alizée Malnoë (1)

1 PMMC - Physiologie membranaire et moléculaire du chloroplaste

Central in oxygenic photosynthesis, the cytochrome b6f complex, couples electron transfer to proton translocation across the thylakoid membrane via its quinol:plastocyanin oxidoreductase activity, contributing to ATP formation. Cytochrome b6f complex differs from its respiratory homolog, the bc1 complex, by the presence of an additional heme, heme ci located within the quinone reduction site Qi and attached by a unique thioether bond. Mutants lacking heme ci show low accumulation of partially functional b6f complex and, hence, cannot grow phototrophically. This grounded a screen for suppressor mutations that would restore higher accumulation of b6f complexes whose function, even if compromised, would sustain phototrophic growth.The genetic suppressor approach undertook in Chlamydomonas reinhardtii during this PhD thesis led to the isolation and characterisation of the ftsh1-1 protease mutant (mutation R420C which should affect ATP hydrolysis). The mutant ftsh1-1 proved to be a versatile tool for the functional study of otherwise degraded proteins. The combination of genetic, biochemical, physiological and biophysical experiments demonstrated notably that: (i) a QiKO mutant, whose b6f complexes are devoid of both bh and ci hemes, can grow phototrophically despite a broken Q-cycle, (ii) the absence of covalently bound heme ci, in the Rccb2 mutant, triggers photosensivity enhanced in the presence of O2 supporting a role for heme ci in oxygen rich environment, (iii) FtsH is involved in the maintenance of the main photosynthetic complexes.

Le cytochrome b6f est un complexe majeur de la chaîne photosynthétique oxygénique de par son activité quinol:plastocyanine oxydoréductase, qui contribue à la formation d’ATP via un transfert d’électrons couplé à un transfert de protons. La présence d’un hème c particulier lié par une seule liaison covalente, l’hème ci, au sein du site de réduction de quinone Qi du cytochrome b6f constitue une différence notable en comparaison avec son homologue de la chaîne respiratoire, le cytochrome bc1. Un cytochrome b6f dépourvu d’hème ci est dégradé, sa faible accumulation ne permet pas une croissance photosynthétique. Cette observation a donné lieu à une recherche de suppresseurs permettant une plus grande accumulation de cytochrome b6f dont la fonction même altérée, serait suffisante pour assurer une croissance photosynthétique. Cette approche génétique de recherche de suppresseur a été entreprise chez Chlamydomonas reinhardtii. Ce travail de thèse a permis l’isolation et la caractérisation d’un mutant de la protéase FtsH1 (mutation R420C qui affecterait l’activité ATPasique). Le mutant ftsh1-1 s’est révélé être un outil puissant pour l’étude fonctionnelle de complexes mutés autrement dégradés. Une approche multidisciplinaire combinant expériences de génétique, biochimie, physiologie et biophysique a démontré notamment que : (i) le mutant QiKO, dont le complexe b6f est dépourvu des hèmes bh et ci, peut pousser de manière phototrophique malgré un Q-cycle cassé, (ii) l’absence d’hème ci lié covalemment, pour le mutant Rccb2, génère une photosensibilité exacerbée en présence d’oxygène, ce qui sous-tend un rôle pour l’hème ci dans un environnement riche en oxygène, (iii) la protéase FtsH exerce un contrôle qualité global des complexes majeurs photosynthétiques.

Mots clés: Photosynthesis; Cytochrome; Protease; Chlamydomonas

Mots clés: Photosynthèse; Cytochrome; Protéase; Chlamydomonas

Domaines: Sciences agricoles

Alizée Malnoë. A genetic suppressor approach to the biogenesis, quality control and function of photosynthetic complexes in Chlamydomonas reinhardtii. Agricultural sciences. Université Paris Sud - Paris XI, 2011. English. ⟨NNT : 2011PA112359⟩. ⟨tel-01057821⟩