Deux voies de transfert cyclique d’électrons ont été décrites chez l’algue verte C.reinhardtii, une implique (PGRL1 et PGR5), l’autre une NADP(H)-plastoquinone oxidoréductase (NDA2). Le TCE participerait à la génération d’ATP et donc à l’équilibration de la balance énergétique cellulaire. Pour mieux comprendre la contribution du TCE à la photosynthèse, différents mutants affectés du TCE ont été étudiés. Dans un premier temps, la photosynthèse et la croissance du mutant pgrl1 de C. reinhardtii déficient dans la voie de TCE PGRL1-dépendente ont été caractérisées. A l’état stationnaire, la productivité en biomasse du mutant est similaire à celle du sauvage, dans une large gamme d’intensités lumineuses et de concentrations en CO2. Basé sur les effets d’inhibiteurs de la respiration mitochondriale sur l’activité photosynthétique, il a été conclu que la coopération avec la respiration mitochondriale et de la photo-réduction d’O2 compensaient l’absence du TCE-PGRL1 dépendent. Cette compensation résulte en une productivité normale de biomasse chez le mutant à l’état stationnaire. Dans la deuxième partie de l’étude, une souche sur-exprimant la NDA2 chloroplastique a été étudiée. Une augmentation de l’activité de réduction non-photochimique des plastoquinones (PQ) en aérobiose et une vitesse de production d’H2 accrue par la voie indirecte en anaérobiose ont été notées. Il a été conclu que la production d’H2 par la voie indirecte est limitée par la capacité de réduction des PQ, soit du fait de la faible disponibilité des donneurs d’électrons, soit du fait d’une activité enzymatique de NDA2 limitée. Ceux-ci contribuerait à améliorer une production d’H2 durable. / Photosynthetic organisms have developed complex mechanisms to ensure an optimal match between the energy supplied and the metabolic demand. Among these mechanisms, cyclic electron flow around PSI (CEF) has been proposed to generate additional proton motive force and participate in the supply of extra ATP for photosynthesis. Two pathways of CEF have been described in the green alga C. reinhardtii, one involving PGRL1 (and PGR5), and the other a NAD(P)H-plastoquinone oxidoreductase (NDA2). In order to better understand the contribution of CEF to photosynthesis, different mutants affected in CEF components were studied. First, photosynthesis and growth performances of a knock-out C. reinhardtii mutant (pgrl1) deficient in PGRL1-mediated CEF have been characterized. Steady-state biomass productivity of the pgrl1 mutant was similar to its wild-type progenitor under a wide range of illumination and CO2 concentrations. From the effects of mitochondrial respiration inhibitors on photosynthesis, it was concluded that increased cooperation with mitochondrial respiration, and increased light-dependent O2 photo-reduction compensates for the absence of PGRL1-CEF. Second, a transplastomic strains over-expressing NDA2 was studied. An increased activity of non-photochemical reduction of plastoquinones (PQ) in aerobiosis and increased rate of H2 production by the indirect pathway in anaerobiosis were reported. It was concluded that activity of the indirect pathway of hydrogen production is limited by the non-photochemical reduction of PQ, either by the pool size of electron donors, or by the activity of NDA2. These data contribute to improvement for the sustainable production of hydrogen.

Dans les thylakoïdes des végétaux supérieurs, la réaction photochimique de la photosynthèse implique un transfert d’électrons linéaire ayant lieu entre les photosystèmes II et I et aboutit à la production de pouvoir réducteur (NADPH) et d’ATP. En parallèle à ce transfert linéaire, le transfert cyclique d’électrons autour du PS I court-circuite le PS II et fait intervenir distinctement les complexes PGR (PGR5/PGRL1) et NADPH déshydrogénase (NDH). Ces deux voies alternatives permettent la production d’ATP sans accumulation de NADPH dans le stroma et particulièrement en conditions de stress environnemental. Ces voies sont essentielles pour la physiologie de la plante mais leur régulation demeure mal connue. Une hypothèse a été émise quant à leur régulation redox en étudiant plusieurs thiorédoxines chloroplastiques. Des expériences menées in vivo et in vitro sur des mutants d’Arabidopsis, de tabac et de tomate ont mis en évidence le rôle très spécifique de la thiorédoxine m4 dans la régulation négative des voies dépendantes de PGR et NDH. Une stratégie originale a été mise en place pour capturer les cibles putatives de cette thiorédoxine en mutant le site actif de la protéine chez Arabidopsis. Les résultats obtenus ont montré l’existence de plus de 160 cibles potentielles et certaines d’entre elles pourraient être impliquées dans la régulation des voies dépendantes des complexes PGR et NDH. / In plants thylakoids, the photochemical reaction of photosynthesis implies a linear electron flow between photosystems II and I which produces reducing power (NADPH) and ATP. In addition of linear electron flow, the cyclic electron flow around PS I bypasses PS II and involves distinctly the PGR (PGR5/PGRL1) and the NADPH dehydrogenase (NDH) complexes. These two alternative pathways lead to the production of ATP without accumulation of NADPH in the stroma especially under environmental stress conditions. Both pathways are essential for the plant physiology but their regulation remains unclear. An assumption concerning a redox regulation has been considered by surveying several chloroplastic thioredoxins. In vivo and in vitro studies of Arabidopsis, tobacco and tomato mutants revealed that the m4 thioredoxin plays a very specific role in the down-regulation of the PGR and NDH dependant pathways. An original strategy to capture putative targets of this thioredoxin has been established by mutating the active site of the protein in Arabidopsis. The results showed the existence of more than 160 potential targets and some of them could be involved in the regulation of PGR and NDH dependant pathways.