Identification de nouveaux facteurs liés à la résistance au cadmium chez l'algue verte Chlamydomonas reinhardtii

Abstract

La pollution des sols et des eaux par les métaux lourds représente un véritable problème pour les organismes vivants. Il est dès lors utile d’élucider les mécanismes de tolérance développés par les organismes photosynthétiques. Chlamydomonas reinhardtii, algue unicellulaire haploïde appartenant au règne des Viridiplantae, constitue un organisme de choix pour l’étude de la résistance aux métaux lourds par sa culture aisée en laboratoire et son temps de doublement rapide. Afin d’étudier la résistance de cette microalgue au cadmium, un dispositif expérimental a été établi au sein du laboratoire. Des triplicats biologiques de cultures liquides de cette microalgue sont exposés à 0 µM ou 50 µM de cadmium depuis plus d’un an et sont repiqués toutes les semaines. Durant ce projet de mémoire, nous nous sommes intéressés à plusieurs objectifs. Tout d’abord, nous avons continué la caractérisation phénotypique des cultures du dispositif (i) en augmentant graduellement les concentrations en cadmium, sur milieux solide et liquide, pour évaluer la tolérance des microalgues à ce métal, (ii) en réalisant des mesures de fluorescence et d’oxymétrie pour déterminer l’impact du cadmium sur le métabolisme bioénergétique, (iii) en dosant les métaux et les pigments et (iv) en étudiant l’aspect microscopique des cellules. Ces expériences ont notamment montré qu’en présence de cadmium, les concentrations cellulaire et en chlorophylles a et b diminuent alors que la taille des cellules augmente. D’autre part, les cellules forment des agrégats cellulaires entourés d’une matrice leur permettant probablement de mieux résister au cadmium, comme suggéré par un taux de transport apparent d’électrons du PSII supérieur dans les agrégats cellulaires que pour les cellules isolées. Ensuite, sur base des résultats d’une analyse transcriptomique par RNA-Seq réalisée après 6 mois de culture, des gènes au profil de régulation intéressant ont été identifiés, permettant de distinguer, par exemple, les réponses à court et à long terme lors d’une exposition au cadmium. Des mutants ont été analysés pour 13 gènes candidats identifiés et codant pour des composants de la paroi, des transporteurs de métaux, des facteurs de transcription, une sérine/thréonine kinase et des gènes non annotés. Un génotypage a été effectué pour vérifier la présence de la cassette dans le gène d’intérêt pour chaque mutant. Puis, une caractérisation phénotypique, se basant sur les techniques utilisées sur le dispositif expérimental, a permis d’identifier de potentiels nouveaux facteurs (IRT1, FAP150) pouvant expliquer la résistance de cette microalgue au cadmium. Finalement, après 18 mois de culture, et par conséquent, à la fin du mémoire, une analyse transcriptomique par qRT-PCR a été réalisée pour comparer l’expression des gènes pour lesquels des mutants ont été analysés aux résultats du RNA-Seq réalisé à 6 mois.