Naoum, Jonathan
(2023).
« Interactions entre la microcystine intracellulaire et les processus physiologiques de Microcystis aeruginosa » Thèse.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biologie.
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Résumé
Dans les écosystèmes d’eau douce, les efflorescences cyanobactériennes sont souvent dominées par Microcystis aeruginosa, une espèce de cyanobactérie productrice de microcystines (MCs). Les MCs représentent une famille de cyanotoxines communément qualifiées de métabolites secondaires, or, plusieurs équipes de recherche rapportent un nombre croissant de relations entre les MCs et divers processus physiologiques. Parmi ces relations, la photosynthèse et la défense contre le stress oxydatif figurent parmi les processus intimement liés aux MCs intracellulaires ce qui pointe vers un rôle physiologique potentiel des MCs en lien au métabolisme central. Ainsi, l’objectif principal de cette thèse est d’affiner notre compréhension des relations entre les MCs et les processus physiologiques en lien à la photosynthèse et la défense contre le stress oxydatif afin de mieux définir le rôle physiologique potentiel des MCs. Pour ce faire, le premier objectif vise à caractériser les relations intrinsèques entre le contenu en MCs et divers paramètres physiologiques reliés à la photosynthèse et la défense contre le stress oxydatif chez sept souches de Microcystis aeruginosa soit trois souches dépourvues de la capacité de produire les MCs (CPCC 632, CPCC 633 et CPCC 124), trois souches pouvant faire la biosynthèse de MCs (CPCC 299, CPCC 300 et PCC 7806) ainsi qu’un homologue mutant de PCC 7806 dépourvus de sa capacité à produire des MCs (PCC 7806 mcyB-). La comparaison en tandem entre plusieurs souches sauvages et entre une souche possédant les MCs et sa souche homologue mutante dépourvue de MCs permet un examen approfondi de l’effet de la perte ou le gain de MCs sur la physiologie d’un point de vue évolutif ou par l’inactivation de la production de MCs par la mutagénèse insertionelle. Bien que les différences physiologiques retrouvées entre les souches pouvant ou non produire les MCs et entre PCC 7806 et PCC 7806 mcyB- ne permettent pas d’isoler ou identifier un facteur déterminant, les relations établies entre le contenu cellulaire en MCs et la physiologie pointent vers un lien entre les MCs et la réponse contre la photoinhibition. Le deuxième objectif vise à manipuler les processus en lien à la réponse contre la photoinhibition chez PCC 7806 et PCC 7806 mcyB-. Pour ce faire, il a été question de soumettre ces souches à des traitements visant à induire une photoinhibition soit indirectement à l’aide d’une exposition de 72h à 0.8 μM d’atrazine sous illumination à 35 μmol photons · m-2 · s-1 ou directement à l’aide d’une forte illumination sur une courte durée (1200 μmol photons · m-2 · s-1 sur 45 min) ainsi qu’en combinant ces traitements. Ces traitements ont permis de révéler des différences physiologiques entre ces deux souches et isoler des conséquences physiologiques de la perte de production de MCs. Notamment, PCC 7806 a du consacrer une plus grande quantité d’énergie que PCC 7806 mcyB- pour s’acclimater à une exposition simple ou combinée d’atrazine et d’un stress lumineux. Aussi, les différences physiologiques entre ces deux souches en conséquence aux traitements ont pointé vers les processus de régulation de la photoacclimatation. Une analyse des relations établies entre les congénères de la MC et la physiologie a pu relier la capacité de produire les MCs aux processus de dissipation non-photochimiques de l’énergie et la re-réduction du P700+ ce qui pointe vers un changement dans la défense contre la photoinhibition et les voies alternatives de transport d’électrons. Additionnellement, MC-LY, MC-LW et MC-LF ont pu être plus étroitement reliés aux processus en lien à la photoinhibition que les autres congénères identifiés. Le troisième objectif est d’identifier les conséquences de la perte de production de MCs sur des processus en lien aux voies alternatives de transport d’électrons. Pour ce faire, il a été question de comparer PCC 7806 et PCC 7806 mcyB- au niveau de la proportion d’énergie absorbée par le PSII, la production et la consommation d’oxygène, les cinétiques d’oxydoréduction du P700, Cyt f et de la PlastoC et l’abondance maximale de la forme photo-oxydable de ces composantes ainsi que le pourcentage de transport cyclique d’électron autour du PSI. Ainsi, il a été possible de déterminer que la perte de production de MCs a entraîné un changement dans les processus en lien aux transports alternatifs d’électrons. En somme, cette thèse a permis de révéler plusieurs points importants pour la détermination des rôles physiologiques des MCs. Notamment, les conclusions concernant les rôles physiologiques des MCs peuvent différer selon la composition des souches évaluées. Aussi, puisque la réponse physiologique à l’atrazine et au stress lumineux a différé entre PCC 7808 et son homologue mutant dépourvu de MCs, il existe nécessairement un lien entre les MCs et les processus reliés à la réponse contre la photoinhibition. Ensuite, la MC-LR, la [D-Asp3]-MC-LR et la MC-HilR ont été plus étroitement reliées au ɸ’M, qPREL, ETRmax et Chl a/CAR que les autres congénères de la MC alors que la MC-LY, la MC-LW et la MC-LF ont été plus associées à la croissance, le biovolume, le qNREL, le renouvellement d’électrons au niveau du PSI et le contenu en ROS. Ainsi, les différents congénères de la MC peuvent diverger par rapport à leurs relations avec la physiologie. Pour poursuivre, la perte des MCs chez PCC 7806 mcyB- a mené à des changements significatifs dans les voies alternatives de transport d’électrons et la production/consommation d’oxygène ce qui suggère un rôle physiologique des MCs au niveau de ces processus. Cette thèse permet ainsi d’ouvrir plusieurs avenues de recherches et supplémente la compréhension du rôle physiologique des MCs ce qui peut mener à un meilleur contrôle et capacité de prévision de la probabilité de survenance ou la sévérité des efflorescences cyanobactériennes nocives.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cyanobactéries, microcystines, photosynthèse, stress oxydatif, photoinhibition, voies alternatives de transport d’électrons
| Type: |
Thèse ou essai doctoral accepté
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| Informations complémentaires: |
Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF/A. |
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Directeur de thèse: |
Juneau, Philippe |
| Mots-clés ou Sujets: |
Microcystines / Effets physiologiques / Photosynthèse / Stress oxydatif / Microcystis aeruginosa / Cyanobactéries |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département des sciences biologiques |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
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| Date de dépôt: |
27 juin 2023 09:25 |
| Dernière modification: |
27 juin 2023 09:25 |
| Adresse URL : |
http://archipel.uqam.ca/id/eprint/16693 |
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