Adrien Thurotte, Nir Keren, Adam Faust, Itzhak Ohad, Yossi Paltiel, Ido Eisenberg, Reinat Nevo, Fabrice Rappaport, Ziv Reich, Hagai Raanan, Aaron Kaplan, Anja Krieger-Liszkay, Leeat Bar-Eyal, Pierre Sétif, Department of Plant & Environmental Sciences, The Alexander Silberman Institute of Life Sciences, The Hebrew University of Jerusalem (HUJ), Applied Physics Department and The Center for Nanoscience and Nanotechnology, Institute of Chemistry and the Center for Nanoscience and Nanotechnology, Department of Biological Chemistry [Rehovot, Israël], Weizmann Institute of Science [Rehovot, Israël], Physiologie membranaire et moléculaire du chloroplaste (PMMC), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Mécanismes régulateurs chez les organismes photosynthétiques (MROP), Département Biochimie, Biophysique et Biologie Structurale (B3S), Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Biologie et de Technologies de Saclay (IBITECS), Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, The Hebrew University of Jerusalem ( HUJ ), Weizmann Institute of Science, Physiologie membranaire et moléculaire du chloroplaste ( PMMC ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Mécanismes régulateurs chez les organismes photosynthétiques ( MROP ), Département Biochimie, Biophysique et Biologie Structurale ( B3S ), Institut de Biologie Intégrative de la Cellule ( I2BC ), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Institut de Biologie Intégrative de la Cellule ( I2BC ), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ), Institut de Biologie et de Technologies de Saclay ( IBITECS ), and Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA )
International audience; Biological desert sand crusts are the foundation of desert ecosystems, stabilizing the sands and allowing colonization by higher order organisms. The first colonizers of the desert sands are cyanobacteria. Facing the harsh conditions of the desert, these organisms must withstand frequent desiccation-hydration cycles, combined with high light intensities. Here, we characterize structural and functional modifications to the photosynthetic apparatus that enable a cyanobacterium, Leptolyngbya sp., to thrive under these conditions. Using multiple in vivo spectroscopic and imaging techniques, we identified two complementary mechanisms for dissipating absorbed energy in the desiccated state. The first mechanism involves the reorganization of the phycobilisome antenna system, increasing excitonic coupling between antenna components. This provides better energy dissipation in the antenna rather than directed exciton transfer to the reaction center. The second mechanism is driven by constriction of the thylakoid lumen which limits diffusion of plastocyanin to P700. The accumulation of P700(+) not only prevents light-induced charge separation but also efficiently quenches excitation energy. These protection mechanisms employ existing components of the photosynthetic apparatus, forming two distinct functional modes. Small changes in the structure of the thylakoid membranes are sufficient for quenching of all absorbed energy in the desiccated state, protecting the photosynthetic apparatus from photoinhibitory damage. These changes can be easily reversed upon rehydration, returning the system to its high photosynthetic quantum efficiency.