Un large spectre d’interactions biologiques façonne les écosystèmes aquatiques. Au sein du plancton, les prédateurs, parasites, producteurs primaires et virus déterminent les réseaux alimentaires et impactent les cycles biogéochimiques. Certaines cellules eucaryotes hétérotrophes acquièrent une capacité photosynthétique en établissant une symbiose avec des microalgues intactes, une kleptoplastie, où seuls les chloroplastes sont séquestrés plusieurs jours voire mois Ces interactions cellulaires peuvent apporter des informations fondamentales sur l’histoire évolutive de l’acquisition des chloroplastes chez les eucaryotes, mais les mécanismes cellulaires sous-jacents restent mal compris. En particulier, la kleptoplastie est un processus intrigant par lequel les chloroplastes ne sont plus contrôlés par leur noyau. Cela soulève la question centrale : comment ces chloroplastes « orphelins » restent-ils fonctionnels et bénéfiques au sein d’un hôte étranger au fil du temps ? Cette thèse de doctorat étudie un dinoflagellé kleptoplastique de la mer de Ross (RSD), qui vole et retient des chloroplastes, de la microalgue Phaeocystis antarctica pendant plusieurs mois. Le chapitre I a pour but d’étudier comment les organites sont ingérés en présence constante de microalgues (proies). La microscopie électronique 3D et la photophysiologie montrent que l'hôte RSD acquiert non seulement les chloroplastes mais aussi les noyaux et mitochondries des microalgues. Par rapport aux microalgues libres, les chloroplastes et les pyrénoïdes augmentent en volume à l’intérieur de l’hôte, et l’activité photosynthétique (production d'oxygène) augmente, temporairement soutenue par un grand le noyau de la microalgue qui persiste et grossit pendant environ une semaine. Le chapitre II examine le devenir des organites de la microalgue (chloroplast et mitochondrie) en absence de microalgues). L’imagerie ultrastructurale 3D, le NanoSIMS, la photophysiologie et l’analyse transcriptomique montrent que les chloroplastesrestent fonctionnels pendant plus de deux mois même après la perte du noyau. La fixation et le transfert du carbone vers l’hôte sont observés grâce au NanoSIMS, et les mitochondries se réorganisent en réseaux interagissant étroitement avec les plastes. Le fait que les chloroplasteset les mitochondries restent fonctionnels dans l’hôte pendant des mois, même sans leur noyau , soulève de nouvelles questions sur le contrôle de l’hôte et l'interaction entre organites.
​ Le chapitre III compare les cellules hôtes nourries et privées de microalgues pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents à la maintenance des chloroplastes. La protéomique, les analyses en Western blot et la microscopie d’expansion (U-ExM) montrent que les protéines codées par le noyau de la microalgues (ex: photosystèmes) persistent dans les chloroplastes même après plusieurs semaines. L’analyse protéomique indique également que la plupart des protéines nécessaires à la fonction des chloroplastes et mitochondries restent détectables pendant neuf semaines malgré l’absence du noyau. Cependant, une analyse protéomique supplémentaire sur des chloroplastes ou cellules hôtes volées isolées dans différentes conditions de lumière ou de stress sera nécessaire pour déterminer si ces protéines sont conservées de manière stable au fil du temps ou fournies par l’hôte. La thèse a aussi exploré la distribution biogéographique et la spécificité des proies pour mieux comprendre l’écologie et le fonctionnement de cette kleptoplastie polaire. L’étude de ces associations cellulaires transitoires fournit des informations fondamentales sur les événements évolutifs d’endosymbiose tout en révélant leur rôle dans l’écologie du plancton et le cycle des nutriments. Les résultats de cette thèse ont permis d'ouvrir de nouvelles questions dans le domaine de la kleptoplastie et la symbiose en générale dans l'océan et soulève des hypothèses sur la trajectoire évolutive de ces interactions cellulaires.
Contact : Johan Decelle​​

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