| Date: |
2025 |
| Abstract: |
Els organismes fotosintètics han d'ajustar-se contínuament als canvis en les condicions de llum per optimitzar la captura d'energia i minimitzar el dany produit per la llum. Aquesta tesi examina com Chlamydomonas reinhardtii, una alga unicel·lular model, respon a variacions en la intensitat llumínica i en el fotoperíode, i també se centra en les diferències fisiològiques depenents de cada soca en la resposta a la llum, com ara l'eficiència fotosintètica, la composició de pigments, la fotoprotecció i el creixement. Paral·lelament, explora el paper de gens candidats en la senyalització lumínica i desenvolupa eines d'edició genètica per facilitar l'anàlisi funcional. La anàlisi comparativa de quatre soques de Chlamydomonas (CLiP, 4A+, CC-124 i CC-125) va mostrar que sota llum feble, les diferències més destacades es trobaven en el contingut de pigments i el creixement, mentre que el rendiment fotosintètic es mantenia estable. En condicions de llum intensa, totes les respostes es van veure afectades, i el fotoperíode va influir de manera significativa en les respostes fotoprotectores. Els règims curts de llum van potenciar el NPQ i l'estabilitat del PSII, mentre que els més llargs o l'exposició contínua van afavorir un creixement més elevat, però també van augmentar el dany produit per llum. En aquestes condicions van aparèixer estratègies específiques segons la soca: CLiP va mantenir un alt creixement i fotoprotecció, mentre que CC-124 va prioritzar el creixement a costa d'una NPQ més baixa. Per investigar com contribueixen certs components de senyalització a aquests patrons d'aclimatació, es van analitzar línies mutants de les quinases HIK1 i HIK2 sensibles a la llum. El mutant hik1 442 mostrava un NPQ elevat, i dades preliminars van indicar una sobreexpressió clara de LHCSR1, LHCSR3 i PSBS sota llum blava feble, suggerint que HIK1 modula l'expressió de gens fotoprotectors. En canvi, la funció de HIK2 continua sense estar clara. Només el mutant hik2 149 amb fons CLiP va mostrar de manera consistent un fenotip sensible a la llum intensa. Efectes similars no es van observar, o van ser inestables, en altres fons genètics, suggerint que el fenotip observat podria implicar altres factors genètics més enllà de la disrupció de HIK2. Aquests resultats plantegen la possibilitat que HIK2 no estigui implicat en la fotoprotecció, i que la seva funció estigui relacionada amb altres vies de senyalització lumínica. Per donar suport a l'anàlisi funcional de gens, es va adaptar un protocol de CRISPR-Cas9 basat en l'electroporació de ribonucleoproteïnes per a Chlamydomonas, i es va implementar una estratègia de genotipat complementària per millorar la detecció de petites insercions o delecions que sovint passen desapercebudes amb els mètodes de cribratge estàndard. En conjunt, aquest treball posa en relleu la interacció entre les condicions de llum, el fons genètic i les vies de senyalització en la configuració de les respostes d'aclimatació en Chlamydomonas reinhardtii. Tot i basar-se en un sistema de laboratori controlat, els resultats obtingut ofereixen una visió més àmplia de com els eucariotes fotosintètics ajusten les seves estratègies d'adaptació lumínica en entorns ambientals diversos. |
| Abstract: |
Los organismos fotosintéticos deben ajustarse continuamente a los cambios en el ambiente para optimizar la captura de energía y minimizar el daño producidor por luz. Esta tesis examina cómo Chlamydomonas reinhardtii, un alga unicelular modelo, responde a variaciones en la intensidad de luz y fotoperiodo, centrándose también en las diferencias dependientes de la cepa en las respuestas fisiológicas a la luz, como la eficiencia fotosintética, la composición de pigmentos, la fotoprotección y el crecimiento. En paralelo, explora el papel de genes candidatos de señalización lumínica y desarrolla herramientas de edición génica para facilitar el análisis genético funcional. El análisis comparativo de cuatro cepas de Chlamydomonas (CLiP, 4A+, CC-124 y CC-125) mostró que bajo luz tenue, las diferencias más evidentes se observaban en el contenido de pigmentos y el crecimiento, mientras que el rendimiento fotosintético se mantenía estable. Bajo luz intensa, todas las respuestas se vieron afectadas, y el fotoperiodo influyó significativamente en las respuestas fotoprotectoras. Los regímenes de luz más cortos potenciaron el NPQ y la estabilidad del PSII, mientras que los más largos o la exposición continua favorecieron un mayor crecimiento, pero también incrementaron el daño producidor por luz. Se observaron estrategias específicas de cada cepa: CLiP mantuvo un crecimiento y fotoprotección elevados, mientras que CC-124 priorizó el crecimiento a costa de un menor NPQ. Para investigar cómo contribuyen componentes específicos de señalización a estos patrones de aclimatación, se analizaron líneas mutantes de las quinasas HIK1 y HIK2, sensibles a la luz. El mutante hik1 442 mostró un NPQ elevado, y datos preliminares indicaron una fuerte sobreexpresión de LHCSR1, LHCSR3 y PSBS bajo luz azul tenue, lo que sugiere que HIK1 modula la expresión génica fotoprotectora. En cambio, la función de HIK2 permanece sin resolver. Solo el mutante hik2 149 en el fondo genético CLiP presentó consistentemente un fenotipo sensible a la luz intensa. Efectos similares no se observaron o fueron inestables en otros fondos genéticos, lo que sugiere que el fenotipo observado podría implicar factores genéticos adicionales más allá de la disrupción de HIK2. Estos resultados plantean la posibilidad de que HIK2 no esté implicado en la fotoprotección, y que su función esté relacionada con otras vías de señalización lumínica. Como apoyo al análisis funcional de genes, se adaptó un protocolo de CRISPR-Cas9 basado en la electroporación de ribonucleoproteínas para Chlamydomonas, y se implementó una estrategia de genotipado complementaria para mejorar la detección de pequeñas inserciones o deleciones que suelen pasar desapercibidas con los métodos de cribado convencionales. En conjunto, este trabajo resalta la interacción entre las condiciones lumínicas, el fondo genético y las rutas de señalización en la configuración de las respuestas de aclimatación en Chlamydomonas reinhardtii. Aunque se basa en un sistema de laboratorio controlado, los hallazgos ofrecen una visión más amplia de cómo los eucariotas fotosintéticos ajustan sus estrategias de aclimatación a la luz en diversos entornos. |
| Abstract: |
Photosynthetic organisms must continuously adjust to changing light environments to optimize energy capture while minimizing photodamage. This thesis examines how Chlamydomonas reinhardtii, a model unicellular alga, responds to variation in light intensity and photoperiod, while also focusing on strain-dependent differences in physiological light responses, such as photosynthetic efficiency, pigment composition, photoprotection, and growth. In parallel, it explores the role of candidate light-signaling genes and advances genome editing tools to facilitate functional genetic analysis. A comparative analysis of four Chlamydomonas strains (CLiP, 4A+, CC-124, and CC-125) showed that under low light, differences were most evident in pigment content and growth, while photosynthetic performance remained stable. In high light, all responses were affected, with photoperiod significantly shaping photoprotective responses. Shorter light regimes enhanced NPQ and PSII stability, whereas longer ones or continuous exposure supported higher growth but led to increased photodamage. Strain-specific strategies emerged under these conditions: CLiP sustained high growth and photoprotection, while CC-124 favored growth at the cost of NPQ. To investigate how specific signaling components contribute to these acclimation patterns, mutant lines in the light-responsive kinases HIK1 and HIK2 were examined. The hik1 442 mutant exhibited elevated NPQ, and preliminary data showed strong upregulation of LHCSR1, LHCSR3, and PSBS under low blue light, suggesting that HIK1 modulates photoprotective gene expression. In contrast, the function of HIK2 remains unresolved. Only the hik2 149 mutant in the CLiP background consistently exhibited a high-light-sensitive phenotype. Similar effects were absent or unstable in other genetic backgrounds, suggesting that the phenotype observed may involve additional genetic factors beyond HIK2 disruption. These findings raise the possibility that HIK2 may not be involved in photoprotection, and that its function may be related to other light signaling pathways. In support of gene function analysis, a CRISPR-Cas9 protocol based on ribonucleoprotein electroporation was adapted for Chlamydomonas, and a complementary genotyping strategy was implemented to improve detection of small indels typically missed by standard screening. Altogether, this work highlights the interplay between light conditions, genetic background, and signaling pathways in shaping acclimation responses in Chlamydomonas reinhardtii. Although based on a controlled laboratory system, the findings offer broader insight into how photosynthetic eukaryotes fine-tune their light acclimation strategies across diverse environmental regimes. |
| Abstract: |
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Biologia i Biotecnologia Vegetal. |
| Rights: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, sempre i quan aquestes es distribueixin sota la mateixa llicència que regula l'obra original i es reconegui l'autoria.  |
| Language: |
Anglès |
| Series: |
Programa de Doctorat en Biologia i Biotecnologia Vegetal |
| Document: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Subject: |
Fotoprotecció ;
Photoprotection ;
Fotoprotección ;
Chlamydomonas reinhardtii ;
Fotoreceptors ;
Photoreceptors ;
Fotorreceptores ;
Ciències Experimentals |
guest ::
dir.
