Description du sujet de thèse

La Rubisco joue un rôle clé dans la fixation du carbone inorganique pendant la photosynthèse, en littéralement « nourrissant la vie sur Terre ». Étant limitante dans la fixation du carbone, la Rubisco est une cible pour augmenter la productivité des phototrophes dans le contexte du changement climatique. Une grande variété d'approches sont actuellement mises en œuvre pour atteindre cet objectif, qui toutes nécessitent une connaissance approfondie de l'expression, de la régulation et de l'assemblage de la Rubisco. Ce projet de thèse vise à déterminer ce qui contrôle les niveaux d'accumulation de Rubisco in vivo en utilisant la microalgue modèle Chlamydomonas reinhardtii.

Chez les algues vertes, la Rubisco est constituée d'un complexe hétéro-oligomérique LS8SS8. Le La LS est codé par le gène rbcL du chloroplaste et lae SS par deux gènes nucléaires RbcS. L'assemblage du complexe nécessite un grand nombre de protéines auxiliaires, notamment les chaperonines CPN60/20/10 ainsi que des facteurs d'assemblage spécifiques. Les chaperonines et les facteurs d'assemblage permettent à la LS d'acquérir sa conformation native et de s'oligomériser en un dimère et un octamère coiffés par quatre SS à l'apex et à la base. Des homologues de facteurs conservés dans les plantes et/ou les cyanobactéries RAF1, RBCX et RAF2 sont présents dans les algues vertes, tandis que le facteur BSD2 spécifique aux plantes terrestres est absent. L'un des principaux objectifs du projet est de mieux caractériser les facteurs nécessaires à l'assemblage de la Rubisco dans les algues vertes, en utilisant Chlamydomonas reinhardtii comme système modèle. Les questions ouvertes à traiter sont les suivantes : i) déterminer si et dans quelle mesure les chaperonnes RAF1 et RBCbcX sont fonctionnellement redondantes, ii) comprendre les bases moléculaires conduisant à la nécessité de RAF2, et iii) déterminer si des protéines supplémentaires non caractérisées présentes dans l’interactome de RAF1 jouent un rôle dans l'assemblage de la Rubisco dans des conditions mixotrophes et phototrophes.
Par ailleurs, la surexpression de la Rubisco dans les plantes a été associée dans certains cas à un rendement accru. Il serait également souhaitable d'améliorer la productivité des algues, compte tenu de leur importance en tant que matière première et dans la production de composés à haute valeur ajoutée. Des souches de Chlamydomonas surexprimant la Rubisco seront générées afin de tester les conséquences fonctionnelles sur la photorespiration et la structure du pyrénoïde, et de déterminer si cela se traduit par une augmentation de la biomasse.

Contexte de travail

L'Institut de Biologie Physico-Chimique (IBPC), créé en 1930 par la Fondation Edmond de Rothschild, se consacre aux recherches multidisciplinaires dans tous les domaines de la biologie. Les bases structurelles, génétiques et physico-chimiques des organismes vivants sont explorées à différents niveaux d'intégration, de la molécule à l'organisme entier. Le.la doctorant.e intégrera le laboratoire de "Biologie du chloroplaste et perception de la lumière chez les microalgues" (UMR7141) dirigé par le Dr Angela Falciatore. Il comporte une vingtaine de membres permanents (chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, techniciens et administratifs) et une quinzaine de collaborateurs temporaires, doctorants et post-doctorants. Ce laboratoire, dédié à l'étude des processus induits par la lumière (photosynthèse et photoperception) et de la biologie du chloroplaste, aborde des questions clés sur la biologie, l'évolution et l'écologie des microalgues en se concentrant sur différents organismes modèles (Chlamydomonas reinhardtii et diatomées) et sur des espèces phytoplanctoniques d'importance écologique, étudiées par des approches écophysiologiques, biophysiques, biochimiques, génomiques et génétiques.
Le travail de thèse sera réalisé sous la direction de Alix Boulouis et sous la supervision de Katia Wostrikoff à l’UMR7141 à l’IBPC, et pourra ponctuellement être conduite au laboratoire partenaire au BIAM de Marseille impliqué dans l’ANR RubExCES.

Contraintes et risques

Le projet implique de manipuler de la radioactivité en conditions contrôlées.