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Plastid thylakoid architecture optimizes photosynthesis in diatoms

Authors :
Flori, Serena
Jouneau, Pierre-Henri
Bailleul, Benjamin
Gallet, Benoit
Estrozi, Leandro F
Moriscot, Christine
Bastien, Olivier
Eicke, Simona
Schober, Alexander
Bártulos, Carolina Río
Maréchal, Eric
Kroth, Peter G
Petroutsos, Dimitris
Zeeman, Samuel
Breyton, Cécile
Schoehn, Guy
Falconet, Denis
Finazzi, Giovanni
Physiologie cellulaire et végétale (LPCV)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Laboratoire d'Etude des Matériaux par Microscopie Avancée (LEMMA)
Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM)
Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Physiologie membranaire et moléculaire du chloroplaste (PMMC)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)
Institut de biologie structurale (IBS - UMR 5075)
Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Plant Biochemistry, Department of Biology
Eidgenössische Technische Hochschule - Swiss Federal Institute of Technology in Zürich [Zürich] (ETH Zürich)
Department of Biology
University of Konstanz
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Laboratoire d'Etude des Matériaux par Microscopie Avancée (LEMMA )
Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de biologie structurale (IBS - UMR 5075 )
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Eidgenössische Technische Hochschule - Swiss Federal Institute of Technology [Zürich] (ETH Zürich)
Graduate School of Chemical Biology (KoRS-CB)
FRISBI within the Grenoble Partnership for Structural Biology (PSB) [ANR-10-INSB-05-02]
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Nature Communications, 8, Nature Communications, Nature Communications, Nature Publishing Group, 2017, 8, pp.15885. ⟨10.1038/ncomms15885⟩, Nature Communications, 2017, 8, pp.15885. ⟨10.1038/ncomms15885⟩, Nature Communications, Vol 8, Iss 1, Pp 1-9 (2017)
Publication Year :
2017
Publisher :
Nature Publishing Group, 2017.

Abstract

Photosynthesis is a unique process that allows independent colonization of the land by plants and of the oceans by phytoplankton. Although the photosynthesis process is well understood in plants, we are still unlocking the mechanisms evolved by phytoplankton to achieve extremely efficient photosynthesis. Here, we combine biochemical, structural and in vivo physiological studies to unravel the structure of the plastid in diatoms, prominent marine eukaryotes. Biochemical and immunolocalization analyses reveal segregation of photosynthetic complexes in the loosely stacked thylakoid membranes typical of diatoms. Separation of photosystems within subdomains minimizes their physical contacts, as required for improved light utilization. Chloroplast 3D reconstruction and in vivo spectroscopy show that these subdomains are interconnected, ensuring fast equilibration of electron carriers for efficient optimum photosynthesis. Thus, diatoms and plants have converged towards a similar functional distribution of the photosystems although via different thylakoid architectures, which likely evolved independently in the land and the ocean.<br />Phytoplankton and plant plastids have distinct evolutionary origins and membrane organization. Here Flori et al. show that diatom photosynthetic complexes spatially segregate into interconnected subdomains within loose thylakoid stacks enabling fast diffusion of electron carriers and efficient photosynthesis

Details

Language :
English
ISSN :
20411723
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature Communications, 8, Nature Communications, Nature Communications, Nature Publishing Group, 2017, 8, pp.15885. ⟨10.1038/ncomms15885⟩, Nature Communications, 2017, 8, pp.15885. ⟨10.1038/ncomms15885⟩, Nature Communications, Vol 8, Iss 1, Pp 1-9 (2017)
Accession number :
edsair.pmid.dedup....928810aef0c6f33b12752d444d013bb0