Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2006. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 170-185).

Les NAD(P)H déshydrogénases de type II (Ndh-II) sont des enzymes de faible poids moléculaire capables doxyder le NAD(P)H et de transférer les électrons à un groupement quinone (plastoquinone ou ubiquinone). On les appelle « de type II » par opposition aux déshydrogénases de type I qui correspondent au complexe I mitochondrial. Chez Arabidopsis thaliana, des protéines Ndh-II ont été identifiées sur les faces interne et externe de la membrane interne mitochondriale, sur la membrane des peroxysomes, et au niveau de la membrane thylacoïdale du chloroplaste. Au niveau de la chaîne de transport délectrons mitochondriale, les protéines Ndh-II constituent une voie alternative aux complexes I et II pour lapport des électrons au pool dubiquinones. Cette voie alternative permettrait une adaptation de la chaîne de transport délectrons en fonction du métabolisme de lalgue. Au niveau de la chaîne de transport délectrons chloroplastique, les protéines Ndh-II participeraient à plusieurs mécanismes dadaptation de la chaîne à la quantité et à la qualité de la lumière disponible : transitions détats, transport cyclique délectrons autour du photosystème II. Leur fonction serait de catalyser la réduction non-photochimique du pool de plastoquinones. En 2005, sept open reading frame correspondant à des NAD(P)H déshydrogénases de type II hypothétiques (NDA1 à NDA7) ont été identifiées dans le génome nucléaire de Chlamydomonas. Ces séquences étaient cependant largement incomplètes du fait de régions non séquencées dans le génome de Chlamydomonas. Les données récoltées au cours de ce travail ont permis lobtention dune version complète de la séquence codante des gènes NDA de Chlamydomonas. Ces analyses ont démontré que le gène putatif NDA4 correspondait, en fait, à des régions internes non attribuées au gène NDA2. Chez Arabidopsis thaliana et Solanum tuberosum, une corrélation entre le positionnement phylogénétique des gènes NDH-II et la localisation subcellulaire de la protéine correspondante a été mise en évidence. Lanalyse phylogénétique des séquences des protéines Nda de Chlamydomonas montre que les gènes NDA1, 2 et 3 seraient proches phylogénétiquement et seraient à positionner dans le clade des protéines Ndh-II mitochondriales des plantes supérieures. A linverse, la protéine Nda5 serait dorigine cyanobactérienne et se positionne dans le même clade que les protéines identifiées dans le chloroplaste des plantes supérieures. Les protéines Nda6 et 7 sont très proches du point de vue de la séquence, suggérant une duplication récente des gènes NDA6 et 7. Ces deux protéines se positionnent dans un nouveau clade, apparemment intermédiaire entre le domaine eucaryote et le domaine procaryote. Une étude dexpression des gènes NDA de Chlamydomonas a permis de mettre en évidence lexpression apparemment majoritaire du gène NDA2. Pour étudier la fonction spécifique de NDA2, nous avons inactivé lexpression de ce gène par RNA interférence afin détudier le phénotype des mutants obtenus. Contrairement aux prédictions in silico, il est apparu que la protéine Nda2 se localise au niveau du chloroplaste. Létude de la fluorescence chlorophyllienne de deux mutants montre que la capacité de ces mutants à réduire de manière non-photochimique le pool de plastoquinones est largement diminuée. Dautre part, les mutants sont largement affectés dans leur capacité à modifier la distribution de lénergie dexcitation entre les deux photosystèmes (transition détat) lorsque la respiration mitochondriale est inhibée. Il est connu que les transitions détat sont initiées par des changements de létat rédox du pool de plastoquinones, qui est lui-même dépendant de létat rédox de la cellule. Dans ce cadre, nous proposons que la protéine Nda2 pourrait servir de « senseur » du métabolisme cellulaire de lalgue et permettrait dadapter les flux délectrons chloroplastiques en réponse aux changements du contexte énergétique cellulaire.

Résumé Le complexe V mitochondrial (F1FO-ATP synthétase) catalyse la phosphorylation de lADP par le phosphate inorganique en utilisant la force proton-motrice générée par la chaîne de transport délectrons. Ce complexe protéique possède deux domaines : un secteur associé à la membrane, FO, impliqué dans la translocation des protons, et un domaine extrinsèque, F1, qui catalyse la synthèse dATP. Les deux secteurs sont connectés par deux bras : un bras central qui couple la translocation des protons à la région catalytique, et un bras latéral qui est considéré comme faisant partie du stabilisateur (stator) de lenzyme. Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à lenzyme de deux algues appartenant à la classe des Chlorophyceae, Chlamydomonas reinhardtii et Polytomella sp.. L'enzyme des deux algues présente une composition sous-unitaire atypique, les sous-unités classiquement retrouvées chez les eucaryotes et impliquées dans larchitecture du bras périphérique ou dans la dimérisation du complexe en étant absentes. En contrepartie, 9 sous-unités dorigine évolutive inconnue sont associées à lenzyme. Elles ont été appelées Asa1 à 9 pour ATP Synthase Associated protein. Chez C. reinhardtii et Polytomella sp., lATP synthétase présente une stabilité accrue de sa forme dimérique in vitro, et, in vivo, les cellules de C. reinhardtii sont insensibles à loligomycine, un puissant inhibiteur de la translocation de protons au travers de FO. Nous avons dans un premier temps tenté détablir la composition sous-unitaire du complexe V chez des espèces appartenant aux différentes classes de Chlorophytes (Chlorophyceae, Trebouxiophyceae, Prasinophyceae et Ulvophyceae) en combinant analyses génomiques et protéomiques. Plusieurs sous-unités Asa ont ainsi pu être détectées chez des algues appartenant à divers ordres de Chlorophyceae. Au contraire, les analyses de séquences disponibles chez les autres classes de Chlorophytes (Trebouxiophyceae, Prasinophyceae et Ulvophyceae) indiquent une composition canonique de lenzyme. Lanalyse de la stabilité de la forme dimérique du complexe de différentes espèces d'algues vertes sur BN PAGE (Blue Native PolyAcrylamide Gel Electrophoresis) suggère également que la présence dun dimère stable est caractéristique aux Chlorophyceae. Par ailleurs, leur croissance, respiration, et niveaux d'ATP sont à peine affectés par la présence d'oligomycine à des concentrations inhibitrices chez les représentants des autres classes de Chlorophytes. Les nombreuses particularités communes aux algues appartenant à cette classe suggèrent que la perte d'éléments canoniques du stator est apparue lors de la séparation des Chlorophyceae et a été accompagnée du recrutement de nouvelles sous-unités. Ce réarrangement drastique de la composition de stator et du module de dimérisation pourrait avoir conféré de nouvelles propriétés à lenzyme, notamment une meilleure stabilité et une plus grande résistance à loligomycine. Nous avons également étudié la fonction de la sous-unité atypique Asa7 en inactivant son expression chez C. reinhardtii. Bien que la perte de la sous-unité Asa7 n'aie aucun impact sur la bioénergétique des cellules ou sur la structure mitochondriale, elle déstabilise lenzyme in vitro et rend la croissance, la respiration, et de le niveau d'ATP sensible à oligomycine. L'impact de la perte de l'activité ATP synthétase mitochondriale chez un organisme photosynthétique a été étudié chez C. reinhardtii par linactivation de l'expression du gène ATP2, codant pour la sous-unité catalytique beta. Les résultats démontrent que, en l'absence de beta, l'ATP synthétase ne peut plus être assemblée et les cellules deviennent dépendantes de la photosynthèse. La respiration en présence ou en absence du découpleur CCCP suggère que le passage des protons à travers la membrane interne mitochondriale est bloqué chez la souche mutante. Enfin, la morphologie des mitochondries est affectée, et les chloroplastes montrent un réaménagement massif de l'appareil photosynthétique, suggérant des répercussions importantes sur la synthèse dATP par les chloroplastes. Ces résultats contribuent à la compréhension des interactions entre organites bioénergétiques chez les organismes photosynthétiques.

Selenium (Se) is a micronutrient, yet elevated Se can be toxic to aquatic organisms. The range of Se concentrations within which Se uptake goes from insufficient to toxic is very narrow. It is thus important to understand the Se biogeochemical cycle in aquatic systems. In this thesis, the study focuses on changes in Se speciation during uptake by green algae. An optimized method was adopted to quantify and speciate Se in water using flow-injection atomic fluorescence spectroscopy coupled with high-pressure liquid chromatography. Details on the method are given here. For the uptake experiments, the uptakes of four Se species (selenite (Se-IV), selenate (Se-VI), selenocystine (Se-Cys) and selenomethionine (Se-Met)) by the green algae Chlamydomonas reinhardtii were compared. This thesis reports that the algae take up higher amounts of organic Se than inorganic Se. Selenomethionine (Se-Met) had the most rapid uptake, during which Se-Cys was produced. For all experiments, Se-IV was produced and found to sorb onto the algae cells, revealing that Se-IV is an important intermediate compound. Mass balance calculations revealed that more than 90% of Se was lost during uptake, probably to the atmosphere. This study also investigated the release of Se during algae decay to simulate the fate of Se during early-diagenesis. Selenium-rich algae cells were mixed with estuarine sediments at the sediment–water interface in a series of column incubations experiments. During the 7-week incubations, Se speciation was measured at the water–sediment interface and in pore water samples. We found that all the Se released to the pore water was in the form of Se-Cys. Although preliminary, these results highlight the key role of organic-Se species in the biogeochemical cycle of Se in the aquatic environment.

Cilia and flagella are sensory organelles, found in the majority of eukaryotic organisms that play a vital role in the general physiology, health and early development of humans. Intraflagellar transport (IFT) is tasked with building and maintaining the entire ciliary structure by facilitating the transport of axonemal precursors, trafficking of ciliary membrane proteins and turnover products. Currently, there are no complete models detailing how ciliated organisms regulate the entry and exit of IFT particles, a multi-meric adaptor complex that ferries flagellar proteins. In this thesis, I focus on small Rab-like protein IFT22, an IFT-particle integrated protein with predicted GTPase activity, as a potential regulatory component of IFT particle trafficking in Chlamydomonas. Using an artificial microRNAs strategy, I show that IFT22 regulates the available cellular pool of IFT particles and the distribution profile of the IFT particles between the cytoplasm and the flagellar compartment. Additionally, I demonstrate how the putative constitutive active mutant of IFT22 is able properly localize to the peri-basal body and enter the flagellar compartment using immunofluorescence and immunoblot analysis of flagella extracts. Finally, preliminary RNAi data suggests IFT25 the IFT particle/motor/BBSome assembly downstream of IFT22 regulation, evident from the depletion of kinesin-2 subunit FLA10, IFT-dynein-2 subunit D1bLIC and BBsome component BBS3from whole cell extracts of IFT25 knockdown transformants.

Thesis (Ph. D.)--University of Nevada, Reno, 1998. / Includes bibliographical references. Online version available on the World Wide Web.

No description available.

Environmental heterogeneity has often been suggested as a general explanation for patterns of diversity at scales ranging from individuals within populations to communities within landscapes. I evaluate this proposition using laboratory experiments with two microbial species, the unicellular chlorophyte Chlamydomonas reinhardtii and the common bacterium Pseudomonas fluorescens. These experiments contrast the fate of diversity following selection in heterogeneous and homogeneous environments. Specifically, I show that (1) an individual's breadth of adaptation evolves to match the amount of environmental variation, specialists evolving in environments that remain constant through time and generalists evolving in environments that vary through time irrespective of the scale at which environmental variation occurs relative to the lifetime of an individual; (2) the maintenance of diversity in a spatially heterogeneous environment is context-dependent, diversity being more readily maintained when environmental conditions are very different and genotypes are widely divergent; (3) selection in heterogeneous environments represents a plausible mechanism for two well-known patterns of diversity at large spatial scales, namely that between species diversity and both productivity and disturbance. This thesis thus demonstrates that environmental heterogeneity is a plausible, and perhaps very general, factor responsible for the diversity of natural communities.

Selenium (Se) is a micronutrient, yet elevated Se can be toxic to aquatic organisms. The range of Se concentrations within which Se uptake goes from insufficient to toxic is very narrow. It is thus important to understand the Se biogeochemical cycle in aquatic systems. In this thesis, the study focuses on changes in Se speciation during uptake by green algae. An optimized method was adopted to quantify and speciate Se in water using flow-injection atomic fluorescence spectroscopy coupled with high-pressure liquid chromatography. Details on the method are given here. For the uptake experiments, the uptakes of four Se species (selenite (Se-IV), selenate (Se-VI), selenocystine (Se-Cys) and selenomethionine (Se-Met)) by the green algae Chlamydomonas reinhardtii were compared. This thesis reports that the algae take up higher amounts of organic Se than inorganic Se. Selenomethionine (Se-Met) had the most rapid uptake, during which Se-Cys was produced. For all experiments, Se-IV was produced and found to sorb onto the algae cells, revealing that Se-IV is an important intermediate compound. Mass balance calculations revealed that more than 90% of Se was lost during uptake, probably to the atmosphere. This study also investigated the release of Se during algae decay to simulate the fate of Se during early-diagenesis. Selenium-rich algae cells were mixed with estuarine sediments at the sediment–water interface in a series of column incubations experiments. During the 7-week incubations, Se speciation was measured at the water–sediment interface and in pore water samples. We found that all the Se released to the pore water was in the form of Se-Cys. Although preliminary, these results highlight the key role of organic-Se species in the biogeochemical cycle of Se in the aquatic environment.

The effect of FdUrd, zeocin, caffeine and their combination on the cell cycle of green algae Chlamydomonas reinhardtii and Scenedesmus quadricauda and response of these model organisms to DNA damage were studied. Both, FdUrd and zeocin, caused DNA damage that led to cell cycle arrest in these algae. In contrast, caffeine partially abolished G2 phase block imposed by zeocin. Protein levels of three crucial cell cycle regulators - CdkA, CdkB and Wee1 kinases were measured to identify mechanisms controlling reaction to DNA damage.