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Comment les végétaux s'adaptent aux fluctuations lumineuses


En étudiant les facteurs limitant la production de biomasse, des chercheurs de l’IBEB démontrent chez des microalgues l’intérêt évolutif d’un mécanisme auxiliaire de la photosynthèse. Ce résultat a fait l'objet d'une publication dans Plant Cell.

Publié le 21 novembre 2014
Les organismes photosynthétiques – plantes terrestres, algues et cyanobactéries – utilisent la lumière solaire pour fabriquer de la biomasse à partir de l’eau et du gaz carbonique (CO2). Ce processus nécessite un flux d’ATP (adénosine triphosphate), une petite molécule constituant un vecteur d’énergie chez tous les organismes vivants. Or le fonctionnement en série des photosystèmes I et II (PSI et PSII) [1] ne peut fournir assez d’ATP pour répondre à la demande, d’autant que cette dernière peut s’accroitre en fonction des conditions environnementales (température, éclairement, concentration de CO2…). Un flux cyclique d’électrons (CEF) autour du PSI apporte l’ATP manquant.
Les organismes photosynthétiques – plantes terrestres, algues et cyanobactéries – utilisent la lumière solaire pour fabriquer de la biomasse à partir de l’eau et du gaz carbonique (CO2). Ce processus nécessite un flux d’ATP (adénosine triphosphate), une petite molécule constituant un vecteur d’énergie chez tous les organismes vivants. Or le fonctionnement en série des photosystèmes I et II (PSI et PSII) [1] ne peut fournir assez d’ATP pour répondre à la demande, d’autant que cette dernière peut s’accroitre en fonction des conditions environnementales (température, éclairement, concentration de CO2…). Un flux cyclique d’électrons (CEF) autour du PSI apporte l’ATP manquant.

Etudiant les facteurs limitant la production de biomasse, des chercheurs de l’IBEB ont analysé le comportement d’une souche de Chlamydomonas reinhardtii (une microalgue) dépourvue d’une protéine essentielle au CEF. Cultivés sous différentes intensités d’éclairement et concentrations atmosphériques en CO2, ces mutants font montre de la même efficacité photosynthétique et produisent autant de biomasse que leurs homologues sauvages. Des systèmes autres que le CEF se sont donc déclenchés pour fournir de l’ATP en tant que de besoin. Les chercheurs ont en particulier démontré l’implication coordonnée de deux processus : la respiration mitochondriale [2] et un mécanisme jusqu’ici peu caractérisé, la réduction de l’oxygène au niveau de PSI.

Tout va donc pour le mieux… tant que les conditions environnementales restent stables. En revanche, les mutants subissant de brusques augmentations de la luminosité ne « suivent » pas : la fourniture d’ATP ne croît pas aussi vite que la demande, ce qui peut entraîner l’apparition d’espèces réactives de l’oxygène. Le CEF, bien que non indispensable en conditions stables, pourrait donc avoir été sélectionné par l’évolution comme un système d’adaptation aux conditions environnementales fluctuantes.

Cette étude est parue dans Plant Cell en juillet 2014.

Note :
[1] PSI et PSII = Les organismes à photosynthèse oxygénique possèdent deux complexes enzymatiques assurant chacun une partie du processus : PSII et PSI
[2] Respiration mitochondriale = processus produisant de l’ATP en oxydant des substrats carbonés en CO2 et eau : son bilan est l’inverse de celui de la photosynthèse

Etudiant les facteurs limitant la production de biomasse, des chercheurs de l’IBEB ont analysé le comportement d’une souche de Chlamydomonas reinhardtii (une microalgue) dépourvue d’une protéine essentielle au CEF. Cultivés sous différentes intensités d’éclairement et concentrations atmosphériques en CO2, ces mutants font montre de la même efficacité photosynthétique et produisent autant de biomasse que leurs homologues sauvages. Des systèmes autres que le CEF se sont donc déclenchés pour fournir de l’ATP en tant que de besoin. Les chercheurs ont en particulier démontré l’implication coordonnée de deux processus : la respiration mitochondriale [2] et un mécanisme jusqu’ici peu caractérisé, la réduction de l’oxygène au niveau de PSI.

Tout va donc pour le mieux… tant que les conditions environnementales restent stables. En revanche, les mutants subissant de brusques augmentations de la luminosité ne « suivent » pas : la fourniture d’ATP ne croît pas aussi vite que la demande, ce qui peut entraîner l’apparition d’espèces réactives de l’oxygène. Le CEF, bien que non indispensable en conditions stables, pourrait donc avoir été sélectionné par l’évolution comme un système d’adaptation aux conditions environnementales fluctuantes.

Cette étude est parue dans Plant Cell en juillet 2014.

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