Le manganèse (Mn) est un élément essentiel dans la photosynthèse, agissant comme catalyseur de la photolyse de l'eau dans le photosystème II (PSII). Des études antérieures ont montré que les plantes carencées en manganèse (dans un milieu appauvri en manganèse) sont plus sensibles à la photoinhibition et que l'activité de leurs photosystèmes I et II est réduite.
Dans une étude publiée dans
Physiologia Plantarum, deux chercheuses du B3S/ I2BC ont examiné l'impact d'une carence en manganèse sur la régulation du transport d'électrons photosynthétiques. Pour ce faire, elles ont utilisé deux mutants connus d'Arabidopsis thaliana,
pam71 et
cmt1, déficients pour des transporteurs de Mn. La protéine PAM71 est localisée dans la membrane des thylakoïdes, tandis que CMT1 se trouve dans la membrane interne de l'enveloppe des chloroplastes.
Elles ont quantifié la teneur en métaux dans les thylakoïdes et les feuilles de plantes sauvages et mutantes (par spectrométrie d'émission atomique à plasma). Pour les deux mutants, la teneur en manganèse est réduite dans les thylakoïdes, alors que celle des autres cations (calcium, cuivre, magnésium et fer) est augmentée.
Plusieurs paramètres de fluorescence ont été mesurés en fonction de l'intensité lumineuse. Les résultats montrent que le photosystème II est altéré chez les deux mutants mais qu'il existe des différences de régulation. Le mutant
pam71 a une capacité moindre à dissiper un excès d'énergie lumineuse par « quenching non photochimique » et à réaliser des « transitions d'états », processus indispensable pour équilibrer l'absorption lumineuse des deux photosystèmes et optimiser la photosynthèse. Le mutant
cmt1 s'adapte mieux et maintient un équilibre entre les deux photosystèmes. Aussi, la quantité relative de PSI par rapport à la plastocyanine, une protéine indispensable pour le transport des électrons entre les deux photosystèmes, est réduite chez
pam71, mais pas chez
cmt1.
Ainsi,
cmt1, contrairement à pam71, pourrait mieux s'adapter à la carence en Mn en parvenant à maintenir un équilibre stœchiométrique entre les composants de la chaîne photosynthétique (PSII, PSI mais aussi plastocyanine, cytochrome b6f…) ce qui lui permettrait de conserver un contrôle efficace redox et du pH. L'équilibre stœchiométrique serait rendu possible par une régulation transcriptionnelle.
Contact Institut des sciences du vivant Frédéric-Joliot : anja.liszkay@i2bc.paris-saclay.fr