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Les microalgues maîtrisent leur photosynthèse

by Frédéric Magné - published on , updated on

Les plantes possèdent une protéine, baptisée PGR5, qui contrôle la photosynthèse et freine son activité en cas d’excès. Pour la première fois, une équipe européenne de chercheurs du laboratoire Biologie végétale et microbiologie environnementales (BVME), du laboratoire Physiologie membranaire et moléculaire du chloroplaste et de l’Institut de biologie physico-chimique (IBPC) de Paris, du laboratoire de physiologie cellulaire végétale (LPCV) de Grenoble et de l’Université de Munster (Allemagne), ont mis en évidence le rôle de cette protéine chez une microalgue appelée Chlamydomonas reinhardtii. Les résultats de cette étude sont publiés dans la revue Plant Physiology de mai 2014.


Chaîne photosynthétique de transfert d’électrons et de protons, avec le mécanisme
de contrôle (en rouge) mis en évidence dans l’article. Son fonctionnement est semblable
au frein centrifuge limitant la vitesse de rotation des éoliennes. (©BVME)

 

Les plantes, les algues et certaines bactéries ont une propriété unique : celle de transformer l’énergie lumineuse en énergie chimique, et, au final, en nourriture ! A l’origine de ce processus : la photosynthèse. « La photosynthèse est une machine thermodynamique complexe dont nous essayons de comprendre les rouages et les mécanismes de régulation, résume Jean Alric, biophysicien au BVME. On sait aujourd’hui que cette machinerie – à l’image des éoliennes, par exemple –, possède un ingénieux frein centrifuge qui empêche le système de s’emballer et de se détruire  ».Ce mécanisme repose sur la protéine PGR5, récemment identifiée chez les plantes mais dont l’action n’a jamais été démontrée chez les microalgues. C’est ainsi qu’une équipe de chercheurs a décidé d’étudier Chlamydomonas reinhardtii.

Pour mettre en évidence le rôle de cette protéine, les chercheurs ont isolé deux types de microalgues mutantes. Chez le premier mutant, l’acceptation finale d’électrons par le cycle de fixation de CO2 est rendue impossible par l’absence de RuBisCO, enzyme indispensable à la fixation du CO2 chez les végétaux. La machine photosynthétique est alors littéralement bloquée. Chez le second mutant, le CO2 ne peut toujours pas être fixé mais la différence est que la protéine PGR5 est neutralisée. Résultat : le transfert d’électrons photosynthétique repart ! « Cela signifie deux choses, explique Jean Alric. Lorsque les électrons ne peuvent pas être acceptés par le cycle de fixation de CO2, PGR5 joue un rôle de régulateur en bloquant, en amont, le flux d’électrons de la photosynthèse. Par ailleurs, lorsque PGR5 est muté, un autre accepteur d’électrons prend le relai du CO2 : l’O2  ».Grâce à ces travaux, l’implication de la protéine PGR5 dans la régulation du flux d’électrons, donc de la photosynthèse, est clairement démontrée chez les microalgues. Ils ouvrent, par ailleurs, de nouvelles pistes de recherches sur le métabolisme du carbone.

La compréhension des mécanismes de la photosynthèse, du métabolisme des sucres et des lipides mis en réserve chez les végétaux, est extrêmement importante pour espérer un jour pouvoir améliorer les rendements de nos cultures par exemple.

 


 Référence

"PGR5-mediated cyclic electron flow under ATP- or redox-limited conditions : a study of ΔATPase pgr5 and ΔrbcL pgr5 mutants in Chlamydomonas reinhardtii", Xenie Johnson, Janina Steinbeck, Rachel M Dent, Hiroko Takahashi, Pierre Richaud, Shin-Ichiro Ozawa, Laura Houille-Vernes, Dimitris Petroutsos, Fabrice Rappaport, Arthur R Grossman, Krishna K Niyogi, Michael Hippler and Jean Alric, Plant Physiology (mars 2014).

 

Contacts chercheurs

Jean Alric
 
Laboratoire Biologie végétale et microbiologie environnementales (BVME) – CNRS / AMU / CEA Paris
Tél. : 04 42 25 70 88
E-mail : jean.alric@cea.fr

Xenie Johnson
 
Laboratoire Biologie végétale et microbiologie environnementales (BVME) – CNRS / AMU / CEA Paris
Tél. : 04 42 25 70 88
E-mail : xenie.johnson@cea.fr
 

Contact communication

Sophie Nicaud
 Laboratoire Biologie végétale et microbiologie environnementales (BVME) – CNRS / AMU / CEA Paris
Tél. : 04 42 25 63 01
E-mail : sophie.nicaud@cea.fr