L'amidon est un agrégat insoluble de granules semi-cristallines, contrairement aux particules hydrosolubles de glycogènes. Chez les eucaryotes photosynthétiques, le passage à l'accumulation de l'amidon est survenu après l'endosymbiose du plaste, à partir d'un réseau métabolique synthétisant du glycogène cytosolique chez l'hôte. Cela a impliqué le recrutement d'une enzyme de débranchement d'origine Chlamydienne, un parasite intracellulaire obligatoire. Cette enzyme de débranchement est considérée comme responsable de l'enlèvement des branches mal placées au niveau d’un précurseur qui, autrement, donne un polysaccharide soluble dans l'eau. Désormais, nous présentons l'implication de l'enzyme de débranchement de l'amidon dans l'agrégation de granules semi-cristallines de cyanobactéries unicellulaires qui accumulent à la fois du glycogène et des grains d'amidon semi-cristallins. Nous montrons, à travers cette thèse, qu'une enzyme de nature analogue à l'enzyme de débranchement de la plante, mais d'une origine bactérienne différente, a été recrutée pour la même fonction dans ces organismes. Nous remarquons que les deux enzymes de cyanobactéries et de plantes ont évolué séparément pour donner de l'amidon à partir d'une enzyme impliquée dans le catabolisme du glycogène. La nature polyphylétique de la transition à partir du glycogène à l'amidon, dans les Archaeplastida et les cyanobactéries, ainsi que l'évolution convergente d'un mécanisme biochimique commun, suggèrent que le débranchement des polysaccharides au cours de leur synthèse définit une exigence universelle de l'évolution du métabolisme de l'amidon dans les cellules vivantes. / Starch, unlike hydrosoluble glycogen particles aggregates into insoluble, semi-crystalline granules. In photosynthetic eukaryotes, the transition to starch accumulation occurred after plastid endosymbiosis from a pre-existing cytosolic host glycogen metabolism network. This involved the recruitment of a debranching enzyme of chlamydial pathogen origin. The latter is thought to be responsible for removing misplaced branches that would otherwise yield a water-soluble polysaccharide. We now report the implication of starch debranching enzyme in the aggregation of semi-crystalline granules of single-cell cyanobacteria that accumulate both glycogen and starch-like polymers. We show that an enzyme of analogous nature to the plant debranching enzyme but of a different bacterial origin was recruited for the same purpose in these organisms. Remarkably both the plant and cyanobacterial enzymes have evolved a novel yet identical substrate specificity from a preexisting enzyme which originally displayed the much narrower substrate preferences required for glycogen catabolism. The polyphyletic nature of the transition from glycogen to starch in Archaeplastida and cyanobacteria together with the convergent evolution of a common biochemical mechanism suggest that polysaccharide debranching defines a universal requirement for the evolution of starch metabolism in living cells.

Relógios endógenos controlam grande parte de processos biológicos através de osciladores bioquímicos que coordenam a sinalização de pistas ambientais até vias metabólicas, permitindo a percepção do tempo e adaptação a mudanças rítmicas. Comportamentos cíclicos diários foram primordialmente descritos em plantas e, mais recentemente, têm fornecido informações valiosas sobre os ciclos de retroalimentação da transcrição e tradução de genes que controlam estes osciladores. O florescimento é um exemplo bem conhecido da importância da percepção do comprimento do dia através do relógio, processo intimamente regulado por fotorreceptores e pelos genes centrais e periféricos do relógio biológico. Em organismos multicelulares há uma combinação específica de genes mais expressa em cada tecido, podendo ter funções, fases e períodos diferentes, o que aumenta a complexidade desse mecanismo. Devido a isso, tem-se buscado modelos alternativos mais simples dentro dos eucariotos fotossintetizantes relacionados às plantas terrestres. Modelos simplificados facilitam, por exemplo, a avaliação da combinação de fatores que induzem o estresse e como o relógio biológico se altera, permitindo a antecipação de mudanças ambientais e sincronização da fisiologia com o meio ambiente. Neste trabalho, verificou-se como o relógio circadiano se ajusta ao estresse em 3 diferentes modelos: Gracilaria tenuistipitata (Rhodophyta), Ostreococcus tauri (Chlorophyta) e Saccharum sp (Embryophyta). Para isso, estabeleceu-se em G. tenuistipitata métodos para avaliação de crescimento e da fluorescência da clorofila de modo automático, comprovando da existência de ritmos circadianos. Além disso, após padronização de genes de referência para normalização das RT-qPCRs, o gene TRX ficou superexpresso durante a primeira hora após o déficit hídrico. Já em O. tauri, onde os genes centrais do relógio são conhecidos, mudanças na expressão de LOV-HK e TOC1 estão relacionadas com maior crescimento em baixa e alta temperatura, respectivamente. Uma combinação específica de luz, temperatura e salinidade pode ser um importante indutor de eflorescências que reflete mudanças transcricionais no oscilador central, o que pode ser comparado às florescências de plantas terrestres. Já em Saccharum sp tolerante à seca, ritmos de fotossíntese e de expressão de CCA1 sofrem mudanças de fase em suas oscilações e transcritos de HVA-22 e DRP são significativamente mais expressos sob dessecação. Em suma, o estresse em Saccharum sp reseta o relógio, aumentando o período de oscilação da fotossíntese. Em O. tauri induz maior crescimento, mantendo as características do relógio. Não foi possível avaliar o efeito do estresse no relógio de G. tenuistipitata, mas ferramentas foram desenvolvidas visando este objetivo. Estudos de respostas do relógio podem fornecer informações valiosas para o entendimento da reprodução e crescimento de organismos com elevado potencial de aplicações biotecnológicas. / Endogenous clocks control a large range of biological processes through biochemical oscillators that coordinate the signaling of environmental cues to metabolic pathways, allowing the perception of time and adjust to rhythmic changes. Cyclical daily behaviors were first noticed in plants and, more recently, revealed information about the transcriptional-translational feedback loops of genes that control these oscillators. Flowering is a well-known process where the perception of day length by the clock is intimately regulated by photoreceptors and by the central and peripheric genes of the biological clock. Multicellular organisms have a tissue-specific combination of expressed clock genes that may have different phase and period, increasing the complexity of this mechanism. Due to this reason, alternative models have been proposed for land plants-related photosynthetic eukaryotes. New models can simplify, for example, which combination of factors induce stress and how the biological clock is altered, allowing the anticipation of environmental changes and synchronization of physiology and environmental factors. This work aimed to verify how the biological clock adjusts to different kinds of stresses in 3 species: Gracilaria tenuistipitata (Rhodophyta), Ostreococcus tauri (Chlorophyta) and Saccharum sp (Embryophyta). Automated measurement techniques for growth rate and photosynthesis were stablished for the red alga. This alga also showed, after establishment of reference genes for RT-qPCRs normalization, an overexpression of TRX during the first hour under water deficit. In O. tauri, where the central clock genes are known, changes in LOV-HK and TOC1 gene expression are related to a higher growth rate under low and high temperatures, respectively. Besides, a specific combination of light, temperature and salinity can be an important trigger of seasonal blooms that causes important transcriptional changes at the central oscillator, what is similar to land plants. In Saccharum sp tolerant to drought, photosynthesis rhythms and CCA1 expression change their phase under simulated water deficit and drought responsive transcripts like HVA-22 and DRP are significantly up-regulated. In short, stress resets the clock in Saccharum sp, increasing the period of photosynthesis oscillation. In O.tauri, it induces a higher growth, keeping clock features. It was not possible to verify clock responses to stress in G.tenuistipitata, but methods to do so were stablished. The biological clock responses to stress can provide invaluable information for the better understanding about the growth and reproduction of organisms with a high biotechnological potential

Relógios endógenos controlam grande parte de processos biológicos através de osciladores bioquímicos que coordenam a sinalização de pistas ambientais até vias metabólicas, permitindo a percepção do tempo e adaptação a mudanças rítmicas. Comportamentos cíclicos diários foram primordialmente descritos em plantas e, mais recentemente, têm fornecido informações valiosas sobre os ciclos de retroalimentação da transcrição e tradução de genes que controlam estes osciladores. O florescimento é um exemplo bem conhecido da importância da percepção do comprimento do dia através do relógio, processo intimamente regulado por fotorreceptores e pelos genes centrais e periféricos do relógio biológico. Em organismos multicelulares há uma combinação específica de genes mais expressa em cada tecido, podendo ter funções, fases e períodos diferentes, o que aumenta a complexidade desse mecanismo. Devido a isso, tem-se buscado modelos alternativos mais simples dentro dos eucariotos fotossintetizantes relacionados às plantas terrestres. Modelos simplificados facilitam, por exemplo, a avaliação da combinação de fatores que induzem o estresse e como o relógio biológico se altera, permitindo a antecipação de mudanças ambientais e sincronização da fisiologia com o meio ambiente. Neste trabalho, verificou-se como o relógio circadiano se ajusta ao estresse em 3 diferentes modelos: Gracilaria tenuistipitata (Rhodophyta), Ostreococcus tauri (Chlorophyta) e Saccharum sp (Embryophyta). Para isso, estabeleceu-se em G. tenuistipitata métodos para avaliação de crescimento e da fluorescência da clorofila de modo automático, comprovando da existência de ritmos circadianos. Além disso, após padronização de genes de referência para normalização das RT-qPCRs, o gene TRX ficou superexpresso durante a primeira hora após o déficit hídrico. Já em O. tauri, onde os genes centrais do relógio são conhecidos, mudanças na expressão de LOV-HK e TOC1 estão relacionadas com maior crescimento em baixa e alta temperatura, respectivamente. Uma combinação específica de luz, temperatura e salinidade pode ser um importante indutor de eflorescências que reflete mudanças transcricionais no oscilador central, o que pode ser comparado às florescências de plantas terrestres. Já em Saccharum sp tolerante à seca, ritmos de fotossíntese e de expressão de CCA1 sofrem mudanças de fase em suas oscilações e transcritos de HVA-22 e DRP são significativamente mais expressos sob dessecação. Em suma, o estresse em Saccharum sp reseta o relógio, aumentando o período de oscilação da fotossíntese. Em O. tauri induz maior crescimento, mantendo as características do relógio. Não foi possível avaliar o efeito do estresse no relógio de G. tenuistipitata, mas ferramentas foram desenvolvidas visando este objetivo. Estudos de respostas do relógio podem fornecer informações valiosas para o entendimento da reprodução e crescimento de organismos com elevado potencial de aplicações biotecnológicas. / Endogenous clocks control a large range of biological processes through biochemical oscillators that coordinate the signaling of environmental cues to metabolic pathways, allowing the perception of time and adjust to rhythmic changes. Cyclical daily behaviors were first noticed in plants and, more recently, revealed information about the transcriptional-translational feedback loops of genes that control these oscillators. Flowering is a well-known process where the perception of day length by the clock is intimately regulated by photoreceptors and by the central and peripheric genes of the biological clock. Multicellular organisms have a tissue-specific combination of expressed clock genes that may have different phase and period, increasing the complexity of this mechanism. Due to this reason, alternative models have been proposed for land plants-related photosynthetic eukaryotes. New models can simplify, for example, which combination of factors induce stress and how the biological clock is altered, allowing the anticipation of environmental changes and synchronization of physiology and environmental factors. This work aimed to verify how the biological clock adjusts to different kinds of stresses in 3 species: Gracilaria tenuistipitata (Rhodophyta), Ostreococcus tauri (Chlorophyta) and Saccharum sp (Embryophyta). Automated measurement techniques for growth rate and photosynthesis were stablished for the red alga. This alga also showed, after establishment of reference genes for RT-qPCRs normalization, an overexpression of TRX during the first hour under water deficit. In O. tauri, where the central clock genes are known, changes in LOV-HK and TOC1 gene expression are related to a higher growth rate under low and high temperatures, respectively. Besides, a specific combination of light, temperature and salinity can be an important trigger of seasonal blooms that causes important transcriptional changes at the central oscillator, what is similar to land plants. In Saccharum sp tolerant to drought, photosynthesis rhythms and CCA1 expression change their phase under simulated water deficit and drought responsive transcripts like HVA-22 and DRP are significantly up-regulated. In short, stress resets the clock in Saccharum sp, increasing the period of photosynthesis oscillation. In O.tauri, it induces a higher growth, keeping clock features. It was not possible to verify clock responses to stress in G.tenuistipitata, but methods to do so were stablished. The biological clock responses to stress can provide invaluable information for the better understanding about the growth and reproduction of organisms with a high biotechnological potential