L'oxydase terminale plastidiale (PTOX) est une plastoquinol oxidase. Le mutant ghost de tomate, déficient en PTOX, présente un phénotype de feuilles panachées et accumule du phytoène (dans ses secteurs blancs) et montre un déficit en caroténoïdes dans les fruits mûrs. Pour élucider les différents rôles de PTOX, qui ont en commun la modulation de l'état redox de plastoquinones, nous avons utilisé différentes conditions expérimentales. Nous avons montré que l'importance du rôle de PTOX dans la désaturation des caroténoïdes, en tant que cofacteur redox, se limite à certaines étapes développementales comme la différentiation des chloroplastes et des chromoplastes. En effet, en faible lumière, ghost peut produire des feuilles adultes et des fruits verts, qui contiennent la même quantité des caroténoïdes que celle de la tomate nondéficiente en PTOX, et qui n'accumulent pas de phytoène. D'autre part, nous avons constaté que des plantes de tomates transgéniques surexprimant PTOX ne surproduisent pas les carotenoides. Tandis que la surexpression de PTOX a un effet minimal sur la photosynthèse, les feuilles et les fruits verts de ghost sont moins capables d'éviter des dommages oxydatifs et sont plus sensibles à la photoinhibition et aux dommages de PSII. Cette sensibilité vient d'un niveau élevé de surréduction non-photochimique des plastoquinones à l'obscurité et d'un état réduit plus important de la chaîne de transfert d'électrons photosynthétiques à la lumière. Ainsi, PTOX joue un rôle indispensable et direct dans la photosynthèse, notamment sur l'état redox du pool des plastoquinones entre PSII et PSI. Nous proposons que PTOX a un rôle régulateur dans la distribution des électrons photosynthétiques entre flux linéaire et circulaire, plutôt qu'un rôle de puits d'électrons, et que sa présence est importante dans la transition de l'obscurité à la lumière ainsi que de la faible lumière à la forte lumière.

Chez les angiospermes, l'oxygène singulet est la forme majoritaire des espèces réactives de l'oxygène, étant produite lors de la photosynthèse. Son excès provoque le dommage photooxidatif conduisant à la mort cellulaire, observée chez les mutants affectés dans la voie de la biosynthèse de la chlorophylle. Dans ce travail, nous avons utilisé des mutants d'Arabidopsis thaliana qui manifestent le phénotype conditionnel de la mort cellulaire, causée par l'absence d'une protéine de l'enveloppe externe des plastes, OEP16-1. Cette protéine est impliquée dans le transport des amines, acides aminés et également dans l'import d'une enzyme clé de la synthèse de la chlorophylle, NADPH: Protochlorophyllide oxydoreductase A (PORA), dans les plastes. Une approche génétique inverse a permis d'isoler et de caractériser quatre mutants indépendants Atoep16-1, ayant différentes combinaisons des propriétés de la mort cellulaire et de la présence/absence de la PORA. Deux des mutants accumulent en excès de la protochlorophyllide libre (Pchlide) à l'obscurité et meurent après illumination. Dans ce cas, la Pchlide agit comme un photosensibilisateur déclenchant la production de l'oxygène singulet. Les deux autres mutants évitent la surproduction de la Pchide et verdissent normalement. En utilisant le mutant de l'orge, tigrina d12 comme référence, nous avons montré que la mort cellulaire induite lors du photoblanchiment chez les mutants Atoep16-1, intervient dans la voie flu-indépendante. L'initiation de la traduction sur des ribosomes 80S, a été identifiée comme étant une cible majeure de l'oxygène singulet, au cours des premières heures du verdissement. Dans un stade plus tardif, l'oxygène singulet a provoqué la dissociation des ribosomes. Nous avons ainsi fourni des preuves que les deux effets sur la traduction sont génétiquement liés et qu'ils peuvent être ensuite étudiés à l'aide des mutants Atoep16-1 que nous avons isolé et du mutant flu, préalablement identifié.

La photosynthèse oxygénique fournit l’énergie pour presque toutes les formes de vie sur Terre. Les premières étapes sont réalisées par quatre complexes membranaires. Deux sont des photosystèmes (PS) divisés en un core et une antenne qui, chez les plantes, est composée des protéines Lhca et Lhcb respectivement pour le PSI et le PSII. Les Lhcb les plus abondantes forment les hétérotrimères LHCII. Pour optimiser leur croissance, les organismes photosynthétiques doivent réguler précisément l’absorption de la lumière. Dans cette thèse, nous nous sommes focalisés sur un de ces mécanismes chez Arabidopsis thaliana : les transitions d’état. Cette régulation intervient en lumière faible ou fluctuante pour répondre à un déséquilibre d’excitation des photosystèmes. Elle implique la phosphorylation de Lhcb1 et Lhcb2, deux des isoformes composant le LHCII, et leur déplacement du PSII au core du PSI où elles agissent comme antenne. Récemment, l’attachement d’un LHCII additionnel à l’antenne du PSI a été rapporté, sans indice sur le rôle de la phosphorylation dans la liaison. Nous nous sommes attachés à quantifier la phosphorylation du LHCII dans les supercomplexes PSI et PSII et à déterminer les rôles respectifs de Lhcb1 et Lhcb2 dans les transitions d’état. Nous avons établi que la phosphorylation d’un seul Lhcb2 est suffisante pour l’attachement d’un LHCII au core du PSI. Nous avons ensuite isolé un complexe PSI-LHCII2 et déterminé que la liaison du second LHCII implique aussi la phosphorylation d’un seul Lhcb2. Ce travail apporte de nouvelles preuves des rôles divergents des isoformes Lhcb dans la régulation de la photosynthèse, qui sont discutées ici à la lumière de leur évolution. / Oxygenic photosynthesis directly or indirectly provides energy for almost all forms of life on earth. The first steps are performed by four membrane complexes. Two of them are photosystems (PS) organized in a core complex and an antenna system, which is composed in green organisms by Lhca and Lhcb proteins for PSI and PSII, respectively. The most abundant Lhcb proteins form the LHCII heterotrimers. To optimize growth, photosynthetic organisms have to precisely regulate their light harvesting. In this thesis, we focused on one of these mechanisms in Arabidopsis thaliana: state transitions. This regulation occurs in low or fluctuating light to answer for the imbalance of excitation between photosystems. It involves the phosphorylation of Lhcb1 and Lhcb2, two of the isoforms composing LHCII. The phosphorylated LHCII trimers detach from PSII and bind to PSI core and act as an antenna for it. Recently the attachment of additional LHCII trimers to PSI on its antenna side has been reported, with no clue of the role of phosphorylation in this binding. We set on quantifying the LHCII phosphorylation of purified PSI and PSII supercomplexes to determine the respective roles of the Lhcb1 and Lhcb2 isoforms in state transitions. We established that the phosphorylation of a single Lhcb2 protein is sufficient for the binding of PSI core. We then isolated a PSI-LHCII2 supercomplex, and determined that the binding of the additional trimer also involves the phosphorylation of a single Lhcb2 isoform per trimer. This work brings new evidences for the divergent roles of the Lhcb isoforms in light harvesting and its regulation, which are discussed here in the light of their evolution.