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Les organismes photosynthétiques participent à la régulation du climat terrestre en utilisant l'énergie lumineuse pour séquestrer le dioxyde de carbone (CO2), un processus auquel les algues ou les cyanobactéries contribuent largement dans les milieux aquatiques. Une fixation efficace du carbone par la photosynthèse repose sur un équilibre entre la production d'énergie par la photosynthèse et sa consommation. Plusieurs mécanismes de régulation contribuent à limiter les déséquilibres, soit en dissipant l'excès d'énergie, soit en détournant le flux photosynthétique d’électrons vers l'oxygène (O2). Dans les cyanobactéries, des protéines flavodiiron (FLV) ont été identifiées comme étant les principaux protagonistes de la photoréduction de l’O2. Des gènes FLV ont été identifiés dans les algues vertes, mais n’ont pas encore été caractérisés. Dans cette thèse, nous avons exploré le rôle des FLVs durant la photosynthèse chez la microalgue verte Chlamydomonas reinhardtii. En mesurant les échanges gazeux à l’aide d’un spectromètre de masse à introduction par membrane sur des mutants dépourvus de FLVs, nous montrons que ces enzymes sont impliquées dans une photoréduction massive d'O2 lors de transitions de l'obscurité à la lumière en aérobiose et en anaérobiose. En mesurant les échanges de monoxyde d’azote (NO) et d'oxyde nitreux (N2O) dans différentes souches et espèces d'algues, nous démontrons l'existence d'une réduction du NO en N2O médiée par les FLVs. Nous discutons du rôle physiologique des FLVs et de leur implication dans la régulation de la photosynthèse chez les microalgues et proposons un modèle explicatif de la disparition des FLVs durant l'évolution des plantes à fleurs.

Photosynthetic organisms regulate the earth’s climate by using light energy to sequester carbon dioxide (CO2), a phenomenon to which algae and cyanobacteria substantially contribute in aquatic ecosystems. Efficient carbon fixation by photosynthesis relies on a proper balance between energy production by photochemical reactions and energy consumption, a balance that can be challenged during sudden environmental shifts. Several regulatory mechanisms contribute to limiting such imbalances, either by dissipating excess energy or by diverting the photosynthetic electron flow electrons towards oxygen (O2). The O2 photoreduction potential is important in green microalgae, but both physiological significance and molecular mechanisms remain elusive. In cyanobacteria, flavodiiron proteins (FLVs) are the main protagonists of O2 photoreduction. FLV genes have been identified in green algal genome but are so far uncharacterized. In this thesis, we have explored the role of FLVs during photosynthesis in the model green microalga Chlamydomonas reinhardtii. By measuring gas exchange with a Membrane Inlet Mass Spectrometer on mutants devoid of FLVs, we show that FLVs are involved in a massive O2 photoreduction during aerobic and anaerobic dark to light transition. By measuring nitric oxide (NO) and nitrous oxide (N2O) exchange in different algal strains and species, we that a light-dependent NO reduction into N2O is driven by photosynthesis and mediated by FLVs. We discuss the physiological relevance of the mechanisms described and their involvement in regulating CO2 fixation in microalgae. We finally propose a model for the disappearance of FLVs during the evolution of flowering plants.