Frontiers in Plant Science (May 2021)
Consequences of Mixotrophy on Cell Energetic Metabolism in Microchloropsis gaditana Revealed by Genetic Engineering and Metabolic Approaches
- Davide Dal Bo,
- Leonardo Magneschi,
- Mariette Bedhomme,
- Elodie Billey,
- Elodie Billey,
- Etienne Deragon,
- Mattia Storti,
- Mathilde Menneteau,
- Christelle Richard,
- Camille Rak,
- Morgane Lapeyre,
- Mehdi Lembrouk,
- Melissa Conte,
- Valérie Gros,
- Guillaume Tourcier,
- Cécile Giustini,
- Denis Falconet,
- Gilles Curien,
- Guillaume Allorent,
- Dimitris Petroutsos,
- Frédéric Laeuffer,
- Laurent Fourage,
- Juliette Jouhet,
- Eric Maréchal,
- Giovanni Finazzi,
- Séverine Collin,
- Séverine Collin
Affiliations
- Davide Dal Bo
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Leonardo Magneschi
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Mariette Bedhomme
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Elodie Billey
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Elodie Billey
- Total Refining Chemicals, Tour Coupole, Paris La Défense, France
- Etienne Deragon
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Mattia Storti
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Mathilde Menneteau
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Christelle Richard
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Camille Rak
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Morgane Lapeyre
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Mehdi Lembrouk
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Melissa Conte
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Valérie Gros
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Guillaume Tourcier
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Cécile Giustini
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Denis Falconet
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Gilles Curien
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Guillaume Allorent
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Dimitris Petroutsos
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Frédéric Laeuffer
- Total Refining Chemicals, Tour Coupole, Paris La Défense, France
- Laurent Fourage
- Total Refining Chemicals, Tour Coupole, Paris La Défense, France
- Juliette Jouhet
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Eric Maréchal
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Giovanni Finazzi
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Séverine Collin
- Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat Energie Atomique, Energies Alternatives (CEA), Institut National Recherche Agriculture, Alimentation, Environnement (INRAE), Interdisciplinary Research Institute of Grenoble, IRIG-Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble, France
- Séverine Collin
- Total Refining Chemicals, Tour Coupole, Paris La Défense, France
- DOI
- https://doi.org/10.3389/fpls.2021.628684
- Journal volume & issue
-
Vol. 12
Abstract
Algae belonging to the Microchloropsis genus are promising organisms for biotech purposes, being able to accumulate large amounts of lipid reserves. These organisms adapt to different trophic conditions, thriving in strict photoautotrophic conditions, as well as in the concomitant presence of light plus reduced external carbon as energy sources (mixotrophy). In this work, we investigated the mixotrophic responses of Microchloropsis gaditana (formerly Nannochloropsis gaditana). Using the Biolog growth test, in which cells are loaded into multiwell plates coated with different organic compounds, we could not find a suitable substrate for Microchloropsis mixotrophy. By contrast, addition of the Lysogeny broth (LB) to the inorganic growth medium had a benefit on growth, enhancing respiratory activity at the expense of photosynthetic performances. To further dissect the role of respiration in Microchloropsis mixotrophy, we focused on the mitochondrial alternative oxidase (AOX), a protein involved in energy management in other algae prospering in mixotrophy. Knocking-out the AOX1 gene by transcription activator-like effector nuclease (TALE-N) led to the loss of capacity to implement growth upon addition of LB supporting the hypothesis that the effect of this medium was related to a provision of reduced carbon. We conclude that mixotrophic growth in Microchloropsis is dominated by respiratory rather than by photosynthetic energetic metabolism and discuss the possible reasons for this behavior in relationship with fatty acid breakdown via β-oxidation in this oleaginous alga.
Keywords
- Microchloropsis gaditana
- mixotrophy
- photosynthesis
- mitochondrial alternative oxidase
- TALE nuclease
- lipid metabolism