Comparative analysis of morphological and bioenergetic adaptive strategies to Fe limitation in the marine diatoms Thalassiosira oceanica and Thalassiosira pseudonana | Etude comparative de l'adaptation morphologique et bioénergétique à la limitation en fer chez les diatomées marines Thalassiosira oceanica et Thalassiosira pseudonana

إنجليزي. Iron (Fe) is an essential element for life and, for this reason, oceanic phytoplankton must adapt to inherent low Fe availability of modern oceans. Thalassiosira is a representative group among diatoms, a highly diverse and successful phytoplankton taxon that accounts for around 20% of global primary production. Two Thalassiosira species have been chosen according to their natural habitats: Fe-poor open-ocean (T oceanica) and Fe-rich coastal (T. pseudonana) waters. In these cells, Fe is mainly required for photosynthesis and respiration, the two central and interdependent bioenergetic processes occurring respectively in the chloroplasts and mitochondria. As a consequence, Fe limitation imposes a deep rearrangement of both bioenergetic machineries. The PhD project aimed to understand how Fe limitation modifies the coupling between photosynthesis and respiration in these Thalassiosira species, at both the functional and the morphological level. Very likely, these modifications could be involved in a more efficient energetic management, which is arguably a major requirement under Fe limitation. Our data show that the different physiological responses to Fe limitation of T. oceanica and T. pseudonana are probably linked to a differential remodelling of plastidial compartments. This could be essential to ensure a specific stoichiometry of different cellular compartments and optimize their physical and functional interaction. If the coupling between photosynthesis and respiration seems of higher importance under Fe-limited conditions, it is likely of different natures in each species and probably requires specific architectures of both bioenergetic organelles. Overall, these results contribute to the understanding of the strategies that allow diatoms to thrive in highly different oceanic environments and to clarify the ecological traits of this essential phytoplankton taxon.

فرنسي. Le fer est un élément essentiel pour la vie. Le phytoplancton, ensemble d’organismes photosynthétiques océaniques, s’adapte aux niveaux en fer disponible, qui varient géographiquement. Le genre Thalassiosira est un groupe représentatif des diatomées, un taxon du phytoplancton reconnu pour son succès écologique et sa remarquable contribution à la production primaire de la planète (environ 20%). Des espèces comme Thalassiosira oceanica et Thalassiosira pseudonana, ont été isolées des habitats marins où les apports en fer sont respectivement rares (milieux océaniques) où très abondants (milieux côtiers). Pour cette raison, ces modèles de diatomées ont été étudiées dans le but de comprendre les réponses physiologiques et différentes adaptations au carences en fer. Dans ces cellules, le fer est principalement indispensable à la photosynthèse et à la respiration, deux processus bioénergétiques majeurs et interdépendants qui ont lieu respectivement dans les chloroplastes et les mitochondries. En conséquence, en condition de limitation de fer, les mécanismes bioénergétiques sont profondément affectés. L’objectif de ce projet de thèse est de comprendre comment la limitation en fer modifie le couplage entre photosynthèse et respiration chez ces deux diatomées, aussi bien au niveau fonctionnel que morphologique, et comment ces modifications peuvent potentiellement assurer une meilleure gestion des ressources énergétiques dans ces conditions. Mes résultats suggèrent que les différentes réponses physiologiques de T. oceanica et T. pseudonana sont possiblement liées à une restructuration distincte de leur appareil chloroplastique. Ce changement morphologique pourrait être essentiel pour assurer une stœchiométrie des compartiments cellulaires nécessaire à leur correcte interaction et à l’optimisation de leur fonctionnement. Toutefois, si dans les deux espèces, le couplage entre photosynthèse et respiration s’avère plus important lorsque le fer est limitant, sa mise en œuvre est différente dans chaque espèce. Il est probable que des morphologies spécifiques des organelles bioénergétiques, conditionnent la nature de ces interactions. Globalement, cette étude contribue à comprendre les stratégies qui permettent aux diatomées de coloniser avec succès des environnements marins très divers.