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Cette thèse a eu comme projet de recherche d'investiguer les altérations de l'activité photochimique de la photosynthèse et de la sensibilité face aux effets toxiques des xénobiotiques durant le cycle cellulaire chez Chlamydomonas reinhardtii. Dans un premier temps, l'identification des diverses phases du cycle cellulaire a été réalisée grâce au contenue en ADN de chaque algue. Suite à l'utilisation de cycle d'illumination, il a été possible de synchroniser et de séparer les diverses phases du cycle afin d'évaluer leur photochimie. Cette séparation a permis l'analyse de la fluorescence chlorophyllienne et l'étude des variations du rendement photochimique du PSII durant les diverses étapes du cycle cellulaire. Les différents paramètres de fluorescence chlorophyllienne suivant ont été utilisés : la taille des antennes, la capture de photons et de la chaîne de transport d'électron par centre réactionnel actif du photosystème II. Ces indicateurs ont permis d'observer la variabilité de l'appareil photosynthétique durant les différentes phases du cycle cellulaire. Nos résultats nous ont permis de constater que les algues en croissance exponentielle sous un cycle d'illumination continue ne présentaient qu'une variation très faible du rendement photochimique. L'exposition à des cycles d'illuminations de 16h de lumière et de 8h de noirceur, a révélé des variations de l'ordre d'environ 20% sur les divers paramètres photosynthétiques entre les diverses phases du cycle cellulaire. Dans un deuxième temps, il a été pertinent durant ce projet de thèse d'étudier l'impact du cycle cellulaire (à l'aide de cultures d'algues synchronisées et asynchronisées) sur la sensibilité face aux effets toxiques du chrome hexavalent, suite à une exposition de 24h. Les cultures d'algues ont été traitées durant les diverses phases du cycle cellulaire à des concentrations variant de 0 à 50 µM. L'étude du rendement quantique maximal et opérationnel du photosystème II a permis d'évaluer l'altération de la sensibilité en présence de chrome durant le cycle cellulaire. Les algues exposées en stade Ppase de croissance 2 et/ou mitose (G2/M) étaient nettement plus sensible que celles exposées en stade de croissance latente et/ou phase de croissance 1 (G0/G1). De plus, la comparaison des algues sous des cycles d'illuminations et sous une en lumière continue a permis d'observer que les algues croissants sous un cycle lumière/noirceur en stade G0/G1 étaient plus sensibles à la présence de chrome que celles poussant sous une lumière continue. Finalement, l'impact du cycle cellulaire sur la sensibilité aux effets toxiques de l'atrazine a été mesuré durant ce projet de recherche. La toxicité de l'atrazine s'explique par sa liaison avec la quinone B (QB), causant une inhibition de l'oxydation de la quinone A (QA) et une inhibition de la chaîne de transport des électrons. L'analyse de la fluorescence chlorophyllienne par la méthode de «Plant efficiency Analyzer» (PEA) et «Pulse Amplitude Modulation» (PAM) a permis d'évaluer le rendement photochimique du PSII. La présence d'atrazine a entraîné une inhibition de la chaîne de transport des électrons et une augmentation de la dissipation d'énergie sous forme de chaleur. Cette inhibition était nettement accrue en présence chez les algues en cycle d'illumination comparativement à celles en lumière continue. De plus, les algues exposées durant le stade G0/G1 se sont révélées plus sensibles que celles en stade G2/M. Il a donc été possible de conclure durant ce projet de recherche que les diverses phases du cycle cellulaire peuvent entraîner des altérations notables sur le fonctionnement de la photosynthèse. La présence des phases du cycle lors de la synchronisation des cultures d'algues pourrait expliquer la variabilité des résultats de la photosynthèse obtenus dans diverses études. La présence du cycle cellulaire entraîne des modifications importantes de la toxicité des divers xénobiotiques. Il est possible alors de croire que l'utilisation de culture d'algues en illumination constante entraînerait un biais dans les résultats des bioessais algaux en sous-estiment la toxicité réelle de ces produits. Cette sous-estimation constante pourrait avoir des effets néfastes sur l'environnement sur la communauté d'algues dans un écosystème ainsi que sur la chaîne trophique.

Le projet de recherche de cette thèse consiste à investiguer les mécanismes d'inhibition du transport d'électrons photosynthétiques induite par les xénobiotiques qui affectent les réactions photochimiques du photosystème II (PSII). Des méthodes fluorimétriques et biochimiques ont été utilisées pour étudier les effets de xénobiotiques sur les réactions photochimiques et le transport des électrons photosynthétiques. Le changement des différents paramètres de fluorescence chlorophyllienne, indiquant la dissipation de l'énergie via le transport d'électrons ou via les voies non photochimiques, a été utilisé comme indicateur de toxicité de xénobiotiques. L'induction du stress oxydatif a été analysée par l'investigation de la teneur en espèces réactives de l'oxygène. Nous avons utilisé les plantes Lemna gibba et Lactuca sativa ainsi que l'algue Chlamydomonas reinhhardtii comme matériel pour les expériences. Dans la partie concernant l'étude des mécanismes de toxicité du dichromate chez L. gibba, nous avons démontré que ce xénobiotique inhibe le transport d'électrons du PSII et induit la dissipation d'énergie sous forme non photochimique. Sous ces conditions, une inhibition de l'activité photochimique du PSII et une diminution de la proportion des centres réactionnels en état fonctionnel ont été obtenues. Le changement du rendement et de la cinétique rapide de fluorescence montre que le dichromate induit une inhibition du complexe de la photolyse de l'eau et de la réduction de l'accepteur primaire d'électrons (QA). Ces effets ont été associés à l'altération de la protéine Dl du centre réactionnel du PSII, ainsi que la protéine 33 kDa constituant le complexe de photolyse de l'eau. L'induction d'un stress oxydatif a été démontrée par l'augmentation de la teneur en espèces réactives de l'oxygène chez les plantes exposées au dichromate. La diminution de la proportion des PSII en état fonctionnel et la formation des espèces réactives de l'oxygène induites par le dichromate ont été corrélées avec le changement des polypeptides Dl. On a pu établir que l'altération fonctionnelle de l'activité du PSII par le dichromate est étroitement associée au changement structurel se produisant dans le complexe PSII. Nous avons également investigué les effets toxiques du dichromate sur l'activité du PSII chez des algues ayant une faible capacité de dissipation de l'énergie sous forme non photochimique. On a utilisé deux algues mutantes de C. reinhardtii qui ont une altération de la biosynthèse de pigments xanthophylles: le premier mutant, npq1, est déficient en zéaxanthine et le deuxième, npq2, est déficient en violaxanthine et accumule la zéaxanthine. On a étudié l'effet du dichromate sur l'activité du PSII sous des conditions lumineuses favorisant la photoinhibition. Après exposition au dichromate, ces algues ont été illuminées par différentes intensités lumineuses pour mesurer le changement du rendement photochimique opérationnel du PSII et la dissipation de l'énergie sous forme non photochimique. L'exposition aux dichromate des mutants npq1 et npq2 a induit une inhibition de transport d'électrons de PSII à faible intensité lumineuse, indiquant une accélération de la photoinhibition par le dichromate. Lorsque ces mutants d'algues ont été exposés aux dichromate et à une intensité lumineuse élevée, la dissipation d'énergie sous forme non photochimique, impliquant des processus non régulateurs, est devenue majoritaire, atteignant la valeur de 80 %. Par conséquent, les mutants d'algues npq1 et npq2 ayant le cycle de xanthophylles non fonctionnel étaient plus sensibles aux effets toxiques du dichromate. Ces résultats ont permis l'élaboration d'un modèle des effets du dichromate sur l'activité du PSII chez les algues ayant un cycle de xanthophylles non fonctionnel. Dans la troisième partie, on a analysé les effets toxiques du trinitrotoluène sur le changement des paramètres de fluorescence utilisés comme indicateurs de toxicité sur la photosynthèse et l'état physiologique de Lactuca sativa. L'activité photosynthétique a été mesurée en utilisant la cinétique rapide de la fluorescence chlorophyllienne et la fluorimétrie modulée. Nos résultats ont montré une diminution de la fluorescence variable provoquée par la désactivation des centres réactionnels PSII. En plus de cet effet, les paramètres de fluorescence indiquant l'état de réduction du PSII et la dissipation d'énergie sous forme non photochimique ont été les indicateurs les plus sensibles de la toxicité du trinitrotoluène. Ces paramètres ont montré une dépendance entre l'inhibition de l'activité du PSII et la concentration du trinitrotoluène. Le changement des paramètres photosynthétiques de fluorescence était une indication fiable de l'état physiologique des plantes exposées à ce polluant. Nous avons proposé que l'état de réduction du PSII et la dissipation non photochimique de l'énergie représentent des indicateurs utiles dans les bioessais. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Xénobiotiques, Bioessais, Fluorescence chlorophyllienne, Réactions photochimiques, Photosystème II, Chrome hexavalent, Trinitrotoluène, Fluorométrie PAM et PEA.