Le mécanisme de dissipation non-photochimique et son rôle sous forte intensité lumineuse et fortes concentrations de zinc chez les cyanobactéries

Xu, Kui (2015). « Le mécanisme de dissipation non-photochimique et son rôle sous forte intensité lumineuse et fortes concentrations de zinc chez les cyanobactéries » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biologie.

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Résumé

Les cas de floraisons de cyanobactéries, aussi appelées « fleurs d'eau », ont lieu fréquemment à travers le monde. Ainsi, la compréhension des réponses photosynthétiques et physiologiques des cyanobactéries face aux diverses conditions environnementales est importante afin de contrôler ces floraisons. Une intensité lumineuse élevée est un stress fréquent pour les cyanobactéries puisque ces organismes peuvent former des « fleurs d'eau » à la surface des plans d'eau. De plus, dues à l'augmentation de l'activité humaine, de fortes concentrations en zinc sont retrouvées dans de nombreux écosystèmes d'eau douce et constituent également un stress pour ce phytoplancton. L'un des mécanismes les plus importants pour faire face à ces conditions de stress est le quenching non-photochimique (NPQ). Cependant, le fonctionnement des deux principaux mécanismes de photo-protection du NPQ, soit l'orange carotenoid protein (OCP) et les états de transition, sont encore loin d'être entièrement compris pour les cyanobactéries. Au cours de mon doctorat, j'ai donc étudié le fonctionnement et les mécanismes de résistance du NPQ en réponse aux conditions de stress lumineux élevé et d'exposition au zinc chez les cyanobactéries. Les résultats ont été obtenus à partir d'expériences in vitro en utilisant plusieurs espèces de cyanobactéries. Initialement, une espèce de cyanobactérie (Synechocystis sp.) a été utilisée pour étudier le mécanisme d'état de transition. Synechocystis sp. a été pré-acclimatée avec un inhibiteur de phosphatase (NaF) à 40 mM pendant 50 minutes, puis la lumière rouge lointain ou le DCMU ont été utilisés pour induire la transition de l'état 2 à l'état 1. Les résultats ont montré que le NaF peut inhiber partiellement la transition de l'état 2 à l'état 1 induite par la lumière rouge lointain mais pas par le DCMU. Ces résultats suggèrent que la déphosphorylation est impliquée dans la transition de l'état 2 à l'état 1 induite par la lumière rouge lointain. Plus tard, cette espèce a également été utilisée pour mesurer le rôle de la transition de l'état 2 à l'état 1 induite par l'exposition à une intensité lumineuse élevée chez une cyanobactérie adaptée au noir. Le NaF (80 mM) a été ajouté et l'état 1 ou 2 a été induit par une pré-acclimatation sous une lumière bleue ou au noir pendant 50 minutes, respectivement. Après 50 minutes de pré-acclimatation, les cellules de cyanobactéries sous l'état 1 ou 2 ont été exposés à une intensité lumineuse élevée (1700 µmol photons·m-2·s-1) pendant 12 minutes, puis elles ont été mises au noir pendant 40 minutes pour une période de récupération. Nous avons démontré que le NaF a augmenté la sensibilité à la lumière élevée lorsque les cyanobactéries étaient à l'état 2, puisque la transition de l'état 2 à l'état 1 a été partiellement inhibée. Ceci suggère que la transition de l'état 2 à l'état 1 joue un rôle dans la régulation à la lumière de haute intensité. De plus, nous avons étudié les effets de l'interaction entre l'OCP et les états de transition sous haute lumière chez Synechocystis sp. et Microcystis aeruginosa. Ces deux espèces ont été exposées à une forte lumière (1700 µmol photons·m-2·s-1) pendant 12 minutes et ont ensuite été mises à l'obscurité pendant 40 minutes. Les résultats ont démontré que M. aeruginosa avait une plus grande quantité d'OCP, une transition inférieure de l'état 1 à l'état 2, mais une capacité de régulation supérieure à l'intensité lumineuse élevée par rapport à Synechocystis sp. Ces résultats suggèrent que l'OCP est plus efficace que la transition de l'état 1 à l'état 2 pour les espèces étudiées. Suite aux résultats obtenus dans la première partie de ma thèse, j'ai étudié les mécanismes de réponse à court terme à une exposition au zinc pour Synechocystis sp. et une souche toxique et une non-toxique de M. aeruginosa. Ces trois souches de cyanobactéries ont été exposées à trois concentrations de zinc pendant 5 heures, puis la photosynthèse ainsi que les paramètres physiologiques ont été mesurés. Les trois souches ont démontré des sensibilités différentes au zinc, et nous avons trouvé que la teneur interne en zinc, les concentrations en pigments et les données NPQ expliquent ces différentes sensibilités. Enfin, les deux souches de M. aeruginosa ont été choisies pour une étude à long terme sur les mécanismes de réponse suivant un traitement au zinc et de lumière. Les cyanobactéries ont été cultivées sous deux intensités lumineuses (50 µmol photons·m-2·s-1 et 500 µmol photons·m-2·s-1) et deux concentrations de zinc (7,8 x 10-7 M et 7,8 x 10-6 M). Dans leur phase exponentielle, les cellules de cyanobactéries ont été exposées à une intensité de lumière élevée et mises au noir pour la période de récupération. Ces deux souches ont démontré des sensibilités différentes à la lumière élevée à différentes conditions de lumière de croissance et de zinc. Les résultats de pigments, de l'état de transition et le contenu en microcystines pourraient expliquer ces différences. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Synechocystis sp., Microcystis aeruginosa, Quenching non-photochimique, Transition d'état, Déphosphorylation, Lumière, Zinc et NaF

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Juneau, Philippe
Mots-clés ou Sujets: Cyanobactéries -- Adaptation / Cyanobactéries -- Effets de la lumière sur / Cyanobactéries -- Effets du stress sur / Zinc -- Effets physiologiques / Photosynthèse / Quenching non photochimique / Dissipation d'énergie / Poussées phytoplanctoniques
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département des sciences biologiques
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 24 mars 2016 17:21
Dernière modification: 24 mars 2016 17:21
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/8014

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