Relocalisation d’enzymes chloroplastiques impliquées dans la fermentation vers les mitochondries chez la microalgue verte C. reinhardtii

C. reinhardtii est une microalgue verte capable de produire de l’hydrogène dans le chloroplaste, notamment lors du processus de fermentation à l’obscurité, associé à des conditions anoxiques. En utilisant une approche de biologie synthétique associée à du clonage modulaire, l’objectif premier de ce travail de thèse était d’exprimer cinq enzymes nécessaires à ce métabolisme dans la mitochondrie afin de coupler l’oxydation du pyruvate à la production d’hydrogène. Outre sa bonne disponibilité en pyruvate, la mitochondrie est également un lieu de consommation d’oxygène, favorable à l’établissement de conditions anoxiques. Il était donc attendu que de tels transformants seraient susceptibles de produire davantage d’hydrogène. Outre l’hydrogénase et les deux maturases, il s’agissait d’exprimer la pyruvate ferrédoxine oxydoréductase (PFR1) et la ferrédoxine 1 (FDX1) l’accepteur d’électrons. Le travail a porté sur l’expression de FDX1, et de PFR1 dans une moindre mesure, dans différents contextes génétiques. Ainsi, de nombreuses constructions ont été testées pour exprimer la FDX1 seule ou en fusion avec des étiquettes moléculaires utilisées pour le criblage des transformants et la vérification de la localisation subcellulaire. Des difficultés importantes ont été rencontrées puisqu’il s’est avéré que la protéine FDX1 était peu accumulée et qu’il n’a pas été possible de détecter une activité enzymatique, y compris à partir d’extraits de protéines mitochondriales où la protéine avait été détectée. Les observations réalisées avec les diverses constructions semblent indiquer qu’il s’agirait d’un défaut d’incorporation du centre [2Fe–2S] nécessaire à l’activité de la FDX, la conséquence étant que la protéine n’est pas accumulée. En parallèle, une analyse phylogénomique a été menée afin de caractériser la distribution et la diversité des FDX au sein d’espèces appartenant au groupe des Archaeplastida, avant de décrire plus longuement les propriétés des FDX retrouvées chez Arabidopsis thaliana et C. reinhardtii. Ces analyses ont révélé l'existence d'une grande diversité au sein de la famille des FDX, avec des différences importantes dans le nombre de protéines présentes chez certaines espèces. Sur la base de l’identification de nouveaux membres de la famille, la classification des FDX chez les Archaeplastida a été revue. Cela pose les jalons pour les analyses physiologiques futures à réaliser notamment pour décrire les fonctions des FDX non caractérisées.