ArticlePlant physiology2015
Membrane glycerolipid remodeling triggered by nitrogen and phosphorus starvation in Phaeodactylum tricornutum.
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Authors and funding
14 authors at 3 institutions in 1 country.
Heni AbidaEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.).
Lina-Juana DolchEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.).
Coline MeïEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.).
Valeria VillanovaEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.).
Melissa ConteEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.).
Maryse A BlockEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.).
Giovanni FinazziEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.).
Olivier BastienEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.).
Leïla TirichineEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.).
Chris BowlerEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.).
Fabrice RébeilléEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.).
Dimitris PetroutsosEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.) dimitris.petroutsos@cea.fr juliette.jouhet@cea.fr eric.marechal@cea.fr.
Juliette JouhetEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.) dimitris.petroutsos@cea.fr juliette.jouhet@cea.fr eric.marechal@cea.fr.
Eric MaréchalEnvironmental and Evolutionary Genomics Section, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 8197, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1024, 75005 Paris, France (H.A., L.T., C.B.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Unité Mixte de Recherche 5168 Centre National de la Recherche Scientifique-Commissariat à l'Energie Atomique-Université Grenoble Alpes, Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour le Vivant, Commissariat à l'Energie Atomique Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France (L.-J.D., C.M., M.C., M.A.B., G.F., O.B., F.R., D.P., J.J., E.M.); andFermentalg SA, F-33500 Libourne, France (V.V.) dimitris.petroutsos@cea.fr juliette.jouhet@cea.fr eric.marechal@cea.fr.
Centre National de la Recherche Scientifique · FRUniversité Grenoble Alpes · FRInstitut de Biologie de l'École Normale Supérieure · FR
Funding
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Abstract
Diatoms constitute a major phylum of phytoplankton biodiversity in ocean water and freshwater ecosystems. They are known to respond to some chemical variations of the environment by the accumulation of triacylglycerol, but the relative changes occurring in membrane glycerolipids have not yet been studied. Our goal was first to define a reference for the glycerolipidome of the marine model diatom Phaeodactylum tricornutum, a necessary prerequisite to characterize and dissect the lipid metabolic routes that are orchestrated and regulated to build up each subcellular membrane compartment. By combining multiple analytical techniques, we determined the glycerolipid profile of P. tricornutum grown with various levels of nitrogen or phosphorus supplies. In different P. tricornutum accessions collected worldwide, a deprivation of either nutrient triggered an accumulation of triacylglycerol, but with different time scales and magnitudes. We investigated in depth the effect of nutrient starvation on the Pt1 strain (Culture Collection of Algae and Protozoa no. 1055/3). Nitrogen deprivation was the more severe stress, triggering thylakoid senescence and growth arrest. By contrast, phosphorus deprivation induced a stepwise adaptive response. The time scale of the glycerolipidome changes and the comparison with large-scale transcriptome studies were consistent with an exhaustion of unknown primary phosphorus-storage molecules (possibly polyphosphate) and a transcriptional control of some genes coding for specific lipid synthesis enzymes. We propose that phospholipids are secondary phosphorus-storage molecules broken down upon phosphorus deprivation, while nonphosphorus lipids are synthesized consistently with a phosphatidylglycerol-to-sulfolipid and a phosphatidycholine-to-betaine lipid replacement followed by a late accumulation of triacylglycerol.
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Adaptation, PhysiologicalDiatomsGene Expression ProfilingMembrane LipidsNitrogenPhosphorusThylakoidsTriglyceridesMembrane LipidsNitrogenPhosphorusTriglycerides
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