title: Combined increases in mitochondrial cooperation and oxygen photoreduction compensate for deficiency in cyclic electron flow in Chlamydomonas reinhardtii.
abstract: During oxygenic photosynthesis, metabolic reactions of CO2 fixation require more ATP than is supplied by the linear electron flow operating from photosystem II to photosystem I (PSI). Different mechanisms, such as cyclic electron flow (CEF) around PSI, have been proposed to participate in reequilibrating the ATP/NADPH balance. To determine the contribution of CEF to microalgal biomass productivity, here, we studied photosynthesis and growth performances of a knockout Chlamydomonas reinhardtii mutant (pgrl1) deficient in PROTON GRADIENT REGULATION LIKE1 (PGRL1)-mediated CEF. Steady state biomass productivity of the pgrl1 mutant, measured in photobioreactors operated as turbidostats, was similar to its wild-type progenitor under a wide range of illumination and CO2 concentrations. Several changes were observed in pgrl1, including higher sensitivity of photosynthesis to mitochondrial inhibitors, increased light-dependent O2 uptake, and increased amounts of flavodiiron (FLV) proteins. We conclude that a combination of mitochondrial cooperation and oxygen photoreduction downstream of PSI (Mehler reactions) supplies extra ATP for photosynthesis in the pgrl1 mutant, resulting in normal biomass productivity under steady state conditions. The lower biomass productivity observed in the pgrl1 mutant in fluctuating light is attributed to an inability of compensation mechanisms to respond to a rapid increase in ATP demand.
authors.affiliation: CEA, Institut de Biologie Environnementale et de Biotechnologie, Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues, CEA Cadarache, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France CNRS, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France Aix Marseille Université, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13284 Marseille, France.
authors.forename: Kieu-Van
authors.initials: KV
authors.lastname: Dang
authors.affiliation: CEA, Institut de Biologie Environnementale et de Biotechnologie, Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues, CEA Cadarache, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France CNRS, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France Aix Marseille Université, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13284 Marseille, France.
authors.forename: Julie
authors.initials: J
authors.lastname: Plet
authors.affiliation: CEA, Institut de Biologie Environnementale et de Biotechnologie, Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues, CEA Cadarache, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France CNRS, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France Aix Marseille Université, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13284 Marseille, France.
authors.forename: Dimitri
authors.initials: D
authors.lastname: Tolleter
authors.affiliation: Laboratory of Molecular Plant Biology, Department of Biochemistry, University of Turku, FI-20014 Turku, Finland.
authors.forename: Martina
authors.initials: M
authors.lastname: Jokel
authors.affiliation: CEA, Institut de Biologie Environnementale et de Biotechnologie, Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues, CEA Cadarache, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France CNRS, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France Aix Marseille Université, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13284 Marseille, France.
authors.forename: Stéphan
authors.initials: S
authors.lastname: Cuiné
authors.affiliation: CEA, Institut de Biologie Environnementale et de Biotechnologie, Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues, CEA Cadarache, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France CNRS, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France Aix Marseille Université, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13284 Marseille, France.
authors.forename: Patrick
authors.initials: P
authors.lastname: Carrier
authors.affiliation: CEA, Institut de Biologie Environnementale et de Biotechnologie, Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues, CEA Cadarache, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France CNRS, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France Aix Marseille Université, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13284 Marseille, France.
authors.forename: Pascaline
authors.initials: P
authors.lastname: Auroy
authors.affiliation: CEA, Institut de Biologie Environnementale et de Biotechnologie, Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues, CEA Cadarache, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France CNRS, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France Aix Marseille Université, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13284 Marseille, France.
authors.forename: Pierre
authors.initials: P
authors.lastname: Richaud
authors.affiliation: CEA, Institut de Biologie Environnementale et de Biotechnologie, Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues, CEA Cadarache, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France CNRS, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France Aix Marseille Université, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13284 Marseille, France.
authors.forename: Xenie
authors.initials: X
authors.lastname: Johnson
authors.affiliation: CEA, Institut de Biologie Environnementale et de Biotechnologie, Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues, CEA Cadarache, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France CNRS, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France Aix Marseille Université, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13284 Marseille, France.
authors.forename: Jean
authors.initials: J
authors.lastname: Alric
authors.affiliation: Laboratory of Molecular Plant Biology, Department of Biochemistry, University of Turku, FI-20014 Turku, Finland.
authors.forename: Yagut
authors.initials: Y
authors.lastname: Allahverdiyeva
authors.affiliation: CEA, Institut de Biologie Environnementale et de Biotechnologie, Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues, CEA Cadarache, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France CNRS, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance, France Aix Marseille Université, UMR 7265 Biologie Végétale et Microbiologie Environnementale, F-13284 Marseille, France gilles.peltier@cea.fr.
authors.forename: Gilles
authors.initials: G
authors.lastname: Peltier
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