Elucidation d’un mécanisme de captation photosynthétique de CO2 des cyanobactéries en vue de son introduction dans les plantes supérieures

La fixation photosynthétique de CO2 en biomasse est limitée par la conversion de la lumière en énergie chimique et par la concentration de CO2 dans la cellule. Les complexes protéiques NDH-1 des cyanobactéries, qui sont les ancêtres des chloroplastes des plantes et algues, sont responsable pour le flux cyclique d’électrons (CEF)photosynthétique, qui augmente la conversion de la lumière en énergie chimique. Ces NDH-1 peuvent aussi concentrer la CO2 dans la cellule sur forme de bicarbonate, grâce à des protéines appelés anhydrases carboniques (ACs). Les chloroplastes des plantes possèdent aussi une NDH-1, qui fait du CEF mais ne concentre pas la CO2. L’introduction d’AC dans l’NDH-1 chloroplastique pourrait augmenter l’efficacité photosynthétique des plantes, qui est affaiblie par le réchauffement climatique, mais pour cela il est d’abord nécessaire de mieux comprendre le mécanisme de couplage entre transport d’électrons et conversion de CO2 en bicarbonate dans l’NDH-1 des cyanobactéries. L’objective de cette thèse est d’élucider ce mécanisme en combinant la manipulation génétique, les méthodes d’analyse biophysiques, et l’étude de protéines purifiées, et de tester la possibilité de combiner les ACs des cyanobactéries avec l'NDH-1 des plantes. Les résultats apporteront des nouvelles connaissances de bioénergétique fondamentale, et poseront des bases pour la mise en œuvre, dans l'avenir, de stratégie de manipulation génétique de l’NDH-1 des plantes pour en augmenter l’efficacité de production photosynthétique de biomasse.
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The photosynthetic fixation of CO2 into biomass is limited by the conversion of light into chemical energy and by the concentration of CO2 in the cell. The NDH-1 protein complexes of cyanobacteria, that are the ancestors of plant and algal chloroplasts, are responsible for the photosynthetic cyclic electron flow (CEF), which increases the conversion of light into chemical energy. These NDH-1 can also concentrate the CO2 in the cell in the form of bicarbonate, thanks to proteins called carbonic anhydrases (CAs). Plant chloroplasts also have an NDH-1, which makes CEF but does not concentrate CO2. The introduction of CAs into the chloroplast NDH-1 could increase the photosynthetic efficiency of plants,that is futher lowered by climate change, but to do this it is first necessary to better understand the coupling mechanism between electron transport and conversion of CO2 into bicarbonate in NDH-1 from cyanobacteria. The objective of this thesis is to elucidate this mechanism by combining genetic manipulation, biophysical analysis methods, and the study of purified proteins, and to test the feasibility of combining cyanobacterial CA subunits with plant NDH-1. The results will provide new knowledge on fundamental bioenergetics, and will lay the foundations for the implementation of future strategies for genetic manipulation of plant NDH-1 to increase the efficiency of photosynthetic production of biomass.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de Biosciences et Biotechnologies d’Aix Marseille
Service : Service de Biologie Végétale et de Microbiologie Environnementale
Laboratoire : Laboratoire d’Ecophysiologie Moléculaire des Plantes
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Ecole doctorale : Sciences de la Vie et de la Santé (SVS)
Directeur de thèse : Johnson Xenie
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/BIAM
URL : https://www.cite-des-energies.fr/en/home-biam/search/pe/

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de Biosciences et Biotechnologies d’Aix Marseille
Service : Service de Biologie Végétale et de Microbiologie Environnementale

Master en Biologie/Biochimie/Biotechnologie