• alga verde unicellulare
• calore (qE)
• carbon metabolism
• Chlamydomonas reinhardtii
• dissipazione energetica

Abstract
In nature, plants and algae are exposed to quick fluctuations of sunlight intensity caused by temporal changes of weather conditions. Under high intensity light, an intense flux of photons hits the thylakoid membranes localized into the chloroplasts of photosynthetic cells leading to an over-excitation of the photosynthetic pigments and consequently to a saturation of the electron acceptors pool of the electron-chain. The saturation of the photosynthetic apparatus results in the production of toxic reactive oxygen species (ROS) by the reaction of chlorophyll a (Chl a) triplet states with O2. To prevent the photo-oxidative damage caused by the action of ROS, plants and algae have developed mechanisms that consume and dissipate the exceeding energy averting the saturation of the photosynthetic chain. Among all, the thermic dissipation pathway called qE (quenching of Energy) is the quickest and more efficient one, converting the excess light energy into heat. In the unicellular green algae Chlamydomonas reinhardtii qE occurs thanks to the pigment-binding protein LHCSR3 that belongs to the Light Harvesting Complex Stress Related (LHCSR) family. The protein LHCSR3 is the gene product of two almost identical genes, LHCSR3.1 and LHCSR3.2. These genes are non constitutive but are induced under conditions of high light (HL) conditions or low CO2 concentration. The aim of my MD thesis project was to better understand the role of CO2 in the regulation of LHCSR3 . For this, acetate and bicarbonate were used as organic and inorganic sources of carbon respectively and the effects of these substrates on the physiology of the photosynthetic apparatus and LHCSR3 protein level were followed in wild-type Chlamydomonas and also in mutant strains with an altered carbon metabolism.
The obtained results show that acetate inhibits the accumulation of LHCSR3 and suggest that the inhibition is due to the metabolic CO2 released during the acetate metabolism. The results also show that the cia5/CCM1 transcription factor, known to regulate most of the low-CO2 inducible genes in C. reinhardtii, is required for the induction of LHCSR3 in HL.

Riassunto
In natura, l’intensità della radiazione solare assorbita da piante ed alghe per compiere la fotosintesi è soggetta a rapide variazioni dovute al cambiamento delle condizioni atmosferiche. In condizioni di alta intensità luminosa, un eccessivo flusso di fotoni colpisce le membrane tilacoidali, localizzate all’interno dei cloroplasti delle cellule fotosintetiche, portando ad un’eccessiva eccitazione dei pigmenti fotosintetici, e quindi, ad una consequente saturazione della catena di trasporto degli elettroni. Durante la momentanea assenza di molecole accettrici di elettroni in forma ossidata (QA e QB), le molecole di Clorofilla a (Chl a) contenute all’interno dei centri di reazione (RCs) raggiungono lo stato di tripletto (T1), interagendo con l’ossigeno (O2) e portando alla formazione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) in concentrazioni tossiche per la cellula stessa. Per prevenire il danno ossidativo causato dai ROS, gli organismi fotosintetici hanno evoluto diversi meccanismi di foto-protezione in grado di dissipare l’eccesso di energia assorbita evitando così la saturazione energetica dell’apparato fotosintetico. Tra tutti, il meccanismo di dissipazione energetica sotto forma di calore (qE) è la componente il più veloce ed efficiente. Nell’alga verde unicellulare Chlamydomonas reinhardtii, la dissipazione termica avviene grazie a una proteina appartenete alla famiglia delle proteine Light Harvesting Complex Stress Related (LHCSR). La proteina, conosciuta come LHCSR3, è il prodotto genico di due geni quasi identici, LHCSR3.1 and LHCSR3.2, la cui espressione non è costitutiva, ma indotta da alti livelli d’intensità luminosa e da basse concentrazioni di diossido di carbonio (CO2). Durante il mio progetto di tesi, si è cercato di comprendere meglio il ruolo della CO2 all’interno del meccanismo di regolazione di LHCSR3. A questo proposito, acetato e bicarbonato sono stati impiegati rispettivamente come fonte organica ed inorganica di carbonio, studiandone l’impatto sulla fisiologia dell’apparato fotosintetico e sulla dinamica d’accumulo di LHCSR3 in diversi ceppi di C. reinhardtii affetti da mutazioni alteranti il metabolismo dell’acetato e la respirazione cellulare. I risultati dimostrano che in presenza di acetato si ha l’inibizione dell’accumulo di LHCSR3, e suggeriscono che la causa sia l’incremento del rilascio di CO2 ad opera del metabolismo del suddetto substrato. Qui si dimostra inoltre che in C. reinhardtii, LHCSR3.1 e LHCSR3.2 sono sotto il controllo del fattore di regolazione CIA5/CCM1, già noto per regolare la trascrizione della maggior parte dei geni indotti da basse concentrazioni di CO2, come ad esempio quelli degli elementi coinvolti nel meccanismo di concentrazione del carbonio (CCM).