Isolement et caractérisation de mutants affectés dans le transport d'électrons photosynthétique en anoxie chez la microalgue verte Chlamydomonas reinhardtii. Photoproduction d'hydrogène et Voie de biosynthèse de la phylloquinone.

La microalgue verte Chlamydomonas reinhardtii, qui a contribué de façon remarquable à la compréhension de nombreux mécanismes biologiques tels que la photosynthèse, intéresse aujourd’hui plus particulièrement le secteur des énergies renouvelables pour sa capacité à produire de l’hydrogène moléculaire (H2) à la lumière. Cette photoproduction d’H2 est liée à la présence en anoxie d’hydrogénases qui sont connectées via la ferrédoxine à la chaîne de transport d’électrons photosynthétique. On distingue deux voies de transfert d’électrons: la première dépendant de la photolyse de l’eau par le PSII (voie PSII-dépendante), la seconde de l’action d’une NAD(P)H déshydrogénase de type II (NDA2, voie PSII-indépendante). En raison de la sensibilité des hydrogénases à l’oxygène, cette production n’est que transitoire. Bien que ce processus puisse potentiellement réduire notre dépendance aux énergies fossiles, il est à l’heure actuelle économiquement inexploitable compte tenu de sa faible productivité. L’amélioration génétique des microalgues pourrait partiellement remédier à ce problème mais cette stratégie nécessite toutefois de posséder une connaissance fondamentale de toutes les voies métaboliques impliquées dans ce processus spécifique de l’anoxie.
Afin d’identifier de nouvelles enzymes clés contrôlant la photoproduction d’H2 et de manière plus générale le métabolisme anaérobique, chez l’algue modèle Chlamydomonas reinhardtii, nous avons cherché dans un premier temps à comprendre la fonction de la protéine NDA3, une NAD(P)H déshydrogénase de type II chloroplastique. A l’instar de NDA2, celle-ci pourrait potentiellement participer à la réduction non-photochimique du pool de plastoquinones. Dans un deuxième temps, nous avons contribué au développement d’une nouvelle technique de criblage «haut débit» basée sur l’enregistrement de la cinétique d’induction de fluorescence des algues lors d’une transition de l’obscurité à la lumière en anoxie. Grâce à l’efficacité et à la rapidité de cette méthode nous avons pu identifier au sein d’une large collection de mutants insertionnels (~ 23 000) quatre mutants déficients pour le facteur d’assemblage HYDG (essentiel à la maturation des hydrogénases) et quatre autres mutants déficients pour la voie de biosynthèse de la phylloquinone. La caractérisation subséquente de ces mutants par des méthodes génétiques, moléculaires, biochimiques et biophysiques, nous a ainsi permis de comprendre in fine l’impact négatif de la perte du facteur HYDG ou de la phylloquinone sur le transfert d’électrons photosynthétique en anoxie.