Nouvelles stratégies pour le développement de microalgues comme ressource renouvelable de biocarburant.
Les microalgues oléagineuses sont une source de biomasse riche en huile, une classe de molécules énergétiquement dense qui peuvent avoir un intérêt pour différents secteurs industriels, la santé et les cosmétiques, la chimie de commodité et les biocarburants.
Les biocarburants algosourcés dans l’économie circulaire du carbone sont prometteurs pour la capture du CO2 émise par l’industrie, et sa conversion en molécules énergétiquement denses (huiles).
Cependant, cette utilisation se heurte à des verrous technologiques, tels que la productivité en biomasse et teneur en huile, la consommation d'énergie de ces procédés, la conversion en biocarburants.
Questionnements sur l’acceptabilité sociétale et des industriels de l’optimisation de souches par ingénierie génétique est également une problématique centrale à ces développements.
Les objectifs du projet :
répartition du carbone
Production de connaissances sur l'acquisition et la répartition du carbone par les algues, le métabolisme des lipides, la division cellulaire et la résistance au stress.
Développement génétique
Développement de souches algales non OGM (incluant les approches d’édition par Crispr CAS 9 sans conservation d’ADN exogène, la polyploïdisation la mutagenèse aléatoire).
Performance
Développement de stratégies pour contrôler les limites de performance des souches transférées à l'échelle pilote, avec un focus sur le couplage culture/extraction et l'adaptation à la culture en extérieur.
Cycle d'analyse
Cycles d'analyses de laboratoire à pilote et de pilote à laboratoire, pour mieux débloquer les limites biologiques et les limites des processus (TRL1 à TRL4).
Propriété intellectuelle
Prise de propriété intellectuelle et accompagnement des transferts vers l'industrie.
[hal-04463739] Phototropin connects blue light perception to starch metabolism in green algae
In photosynthetic organisms light acts as an environmental signal to control their development and physiology, and as energy source to drive the conversion of CO 2 into carbohydrates used for growth or storage. The main storage carbohydrate in green algae is starch, which accumulates during the day and is broken down at night to meet cellular energy demands. The signalling role of light quality in the regulation of starch accumulation remains unexplored. Here, we report that in the model green alga Chlamydomonas reinhardtii blue light perceived by the photoreceptor PHOTOTROPIN causes dephosphorylation of the PHOTOTROPIN-MEDIATED SIGNALLING KINASE 1 that then suppresses starch accumulation by inhibiting the expression of GLYCERALDEHYDE-3-PHOSPHATE DEHYDROGENASE. Our results provide an in-depth view of how photoreceptor-mediated signalling controls microalgal carbon metabolism. One-Sentence Summary Blue light perception by PHOTOTROPIN triggers kinase-mediated signaling to inhibit starch accumulation in the green alga Chlamydomonas .
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Yizhong Yuan) 17 Mar 2025
[hal-04738744] The DYRKP1 kinase regulates cell wall degradation in Chlamydomonas by inducing matrix metalloproteinase expression
The cell wall of plants and algae is an important cell structure that protects cells from changes in the external physical and chemical environment. This extracellular matrix, composed of polysaccharides and glycoproteins, must be constantly remodeled throughout the life cycle. However, compared to matrix polysaccharides, little is known about the mechanisms regulating the formation and degradation of matrix glycoproteins. We report here that a plant kinase belonging to the DUAL-SPECIFICITY TYROSINE PHOSPHORYLATION-REGULATED KINASE (DYRK) family present in all eukaryotes regulates cell wall degradation after mitosis of Chlamydomonas reinhardtii by inducing the expression of matrix metalloproteinases (MMPs). Without the plant DYRK kinase (DYRKP1), daughter cells cannot disassemble parental cell walls and remain trapped inside for more than 10 days. On the other hand, the DYRKP1 complementation line shows normal degradation of the parental cell wall. Transcriptomic and proteomic analyses indicate a marked down-regulation of MMP gene expression and accumulation, respectively, in the dyrkp1 mutants. The mutants deficient in MMPs retain palmelloid structures for a longer time than the background strain, like dyrkp1 mutants. Our findings show that DYRKP1, by ensuring timely MMP expression, enables the successful execution of the cell cycle. Altogether, this study provides insight into the life cycle regulation in plants and algae.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Minjae Kim) 25 Jan 2025
[hal-04703221] Knocking out the carboxyltransferase interactor 1 (CTI1) in Chlamydomonas boosted oil content by fivefold without affecting cell growth
ABSTRACT The first step in chloroplast de novo fatty acid synthesis is catalyzed by acetyl-CoA carboxylase (ACCase). As the rate-limiting step for this pathway, ACCase is subject to both positive and negative regulation. In this study, we identify a Chlamydomonas homolog of the plant carboxyltransferase interactor 1 (CrCTI1) and show that this protein, interacts with the Chlamydomonas α-carboxyltransferase (Crα-CT) subunit of the ACCase by yeast two-hybrid protein-protein interaction assay. Three independent CRISPR-Cas9 mediated knock-out mutants for CrCTI1 each produced an “enhanced oil” phenotype, accumulating 25% more total fatty acids and storing up to five-fold more triacylglycerols (TAGs) in lipid droplets. The TAG phenotype of the crcti1 mutants was not influenced by light but was affected by trophic growth conditions. By growing cells under heterotrophic conditions, we observed a crucial function of CrCTI1 in balancing lipid accumulation and cell growth. Mutating a previously mapped in vivo phosphorylation site (CrCTI1 Ser108 to either Ala or to Asp), did not affect the interaction with Crα-CT. However, mutating all six predicted phosphorylation sites within Crα-CT to create a phosphomimetic mutant reduced significantly this pairwise interaction. Comparative proteomic analyses of the crcti1 mutants and WT suggested a role for CrCTI1 in regulating carbon flux by coordinating carbon metabolism, antioxidant and fatty acid β-oxidation pathways, to enable cells adapt to carbon availability. Taken together, this study identifies CrCTI1 as a negative regulator of fatty acid synthesis in algae and provides a new molecular brick for genetic engineering of microalgae for biotechnology purposes.
[hal-04281075] Dryland endolithic Chroococcidiopsis and temperate fresh water Synechocystis have distinct membrane lipid and photosynthesis acclimation strategies upon desiccation and temperature increase
An effect of climate change is the expansion of drylands in temperate regions, predicted to affect microbial biodiversity. Photosynthetic organisms being at the base of ecosystem’s trophic networks, we compared an endolithic desiccation-tolerant Chroococcidiopsis cyanobacteria isolated from gypsum rocks in the Atacama Desert, with a freshwater desiccation-sensitive Synechocystis. We sought whether some acclimation traits in response to desiccation and temperature variations were shared, to evaluate the potential of temperate species to possibly become resilient to future arid conditions. When temperature varies, Synechocystis tunes the acyl composition of its lipids, via a homeoviscuous acclimation mechanism known to adjust membrane fluidity, whereas no such change occurs in Chroococcidiopsis. Vice versa, a combined study of photosynthesis and pigment content shows that Chroococcidiopsis remodels its photosynthesis components and keeps an optimal photosynthetic capacity at all temperatures, whereas Synechocystis is unable to such adjustment. Upon desiccation on a gypsum surface, Synechocystis is rapidly unable to revive, whereas Chroococcidiopsis is capable to recover after three weeks. Using X-ray diffraction, we found no evidence that Chroococcidiopsis could use water extracted from gypsum crystal in such conditions, as a surrogate of missing water. The sulfolipid sulfoquinovosyldiacylglycerol becomes the prominent membrane lipid in both dehydrated cyanobacteria, highlighting an overlooked function for this lipid. Chroococcidiopsis keeps a minimal level of monogalactosyldiacylglycerol, which may be essential for the recovery process. Results support that two independent adaptation strategies have evolved in these species to cope with temperature and desiccation increase, and suggest some possible scenarios for microbial biodiversity change triggered by climate change.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Damien Douchi) 12 Nov 2023
[hal-04731720] Monogalactosyldiacylglycerol synthase isoforms play diverse roles inside and outside the diatom plastid
Diatoms derive from a secondary endosymbiosis event, which occurred when a eukaryotic host cell engulfed a red alga. This led to the formation of a complex plastid enclosed by four membranes: two innermost membranes originating from the red alga chloroplast envelope, and two additional peri- and epiplastidial membranes (PPM, EpM). The EpM is linked to the endoplasmic reticulum (ER). The most abundant membrane lipid in diatoms is monogalactosyldiacylglycerol (MGDG), synthesized by galactosyltransferases called MGDG synthases (MGDs), conserved in photosynthetic eukaryotes and considered to be specific to chloroplast membranes. Similar to angiosperms, a multigenic family of MGDs has evolved in diatoms, but through an independent process. We characterized MGDα, MGDβ and MGDγ in Phaeodactylum tricornutum, combining molecular analyses, heterologous expression in Saccharomyces cerevisiae, and studying overexpressing and CRISPR-Cas9-edited lines. MGDα localizes mainly to thylakoids, MGDβ to the PPM, and MGDγ to the ER and EpM. MGDs have distinct specificities for diacylglycerol, consistent with their localization. Results suggest that MGDα is required for thylakoid expansion under optimal conditions, while MGDβ and MGDγ play roles in plastid and non-plastid membranes and in response to environmental stress. Functional compensation among MGDs likely contributes to diatom resilience under adverse conditions and to their ecological success.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Nolwenn Guéguen) 03 Dec 2024
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