Adaptation des cyanobactéries marines du genre Synechococcus au gradient latitudinal de température

Marine picocyanobacteria are the most abundant photosynthetic organisms on Earth. Among them, Synechococcus displays a wide latitudinal distribution, ranging from the equator to polar circles, suggesting that they have evolved efficient adaptive strategies to cope with the latitudinal temperature gradient. The first part of this PhD work aimed at studying the thermophysiology of different lineages of the marine Synechococcus radiation. The combination of thermal acclimation and stress experiments with a phyloecology study allowed unveiling the existence of lineages physiologically specialized in distinct thermal niches, i.e. thermotypes. This work furthermore pointed out the importance of the capacities to optimize the photosynthetic apparatus efficiency for successful temperature acclimation. The thermostability of photosystem II, a key complex to the regulation of light energy utilisation, was compared within several marine Synechococcus strains. The results revealed that the photosynthetic antenna and its components have distinct thermostabilities, which are related to the strain isolation latitude. Structural homology models of phycobiliproteins thus revealed sites of molecular adaptation of the antenna to temperature. The function of the photosynthetic complexes is dependent on the fluidity of the membranes in which they are embedded, a physical factor regulated by temperature. The results a first lipidomic study suggested that the regulation of the composition in acyl chains plays an important role in temperature acclimation in marine Synechococcus. Furthermore, genomic comparative analyses revealed notably that marine Synechococcus have distinct sets of desaturase enzymes which have likely played a role in the colonization of different thermal niches. The results of this PhD thesis, which are discussed in the context of the Synechococcus adaptive evolution to the latitudinal gradient of temperature, raise new hypotheses for some future exciting work.Les picocyanobactéries marines sont les organismes photosynthétiques les plus abondants de la planète. Parmi celles-ci, les Synechococcus marins sont détectés de l’équateur aux cercles polaires, suggérant qu’ils ont évolué des stratégies adaptatives très efficaces à la température. La première partie de ce travail de thèse a visé à étudier la thermophysiologie de différentes lignées de la radiation des Synechococcus marins. Les résultats d’expériences de variations thermiques à court et long terme associées à une étude de phyloécologie ont démontré l’existence de clades physiologiquement spécialisées dans des niches thermiques distinctes, i.e des thermotypes. Ces travaux ont de plus mis en évidence l’importance de l’optimisation de l’efficacité de l’appareil photosynthétique dans l’acclimatation à la température. Ainsi, la thermostabilité du photosystème II, complexe clé de la régulation de l’énergie, a été comparée chez différentes souches de Synechococcus marins. Ces travaux ont révélé de grandes différences de thermostabilité de l’antenne photosynthétique et de ses constituants, qui sont corrélées à la latitude d’isolement des souches. L’étude de modèles d’homologie de structure de phycobiliprotéines a permis de révéler certaines des adaptations moléculaires de ce complexe à la température. La fonctionnalité des complexes photosynthétiques est directement dépendante de la fluidité des membranes au sein desquelles ils sont insérés, un facteur physique très influencé par la température. Le troisième volet de cette thèse a permis de mieux comprendre les mécanismes de régulation des lipides membranaires chez les Synechococcus marins. Les résultats montrent que la composition en acides gras joue un rôle important durant l’acclimatation à différentes températures. De plus, par une approche de génomique comparative, ce travail de thèse montre que les Synechococcus marins présentent des équipements différents en enzymes désaturases, qui ont très probablement joué un rôle dans la colonisation de différentes niches thermiques. Les résultats de ce travail de thèse, discutés dans un contexte d’évolution de l’adaptation au gradient latitudinal de température chez les picocyanobactéries marines, soulèvent de nouvelles hypothèses exaltantes pour les travaux futurs