Eau ou terre ? Peu importe – les plantes contrôlent la photosynthèse indépendamment de leur origine de manière uniforme

Capture microscopique d'un chloroplaste où se déroule la photosynthèse. (Photo : Dr. Alexander Hertle, MPI pour la physiologie moléculaire des plantes)

Professeur junior Dr. Felix Willmund (Photo : TUK)

Les plantes effectuent la photosynthèse et constituent ainsi la base de la majorité de la vie sur Terre. Des chercheurs de Kaiserslautern et de Potsdam ont maintenant étudié si la production des protéines de la photosynthèse diffère chez les plantes terrestres et les algues. Pour cela, ils ont examiné la traduction ; le processus par lequel l'information génétique est convertie en protéines. Ils ont découvert que chez toutes les plantes, les mêmes quantités de protéines sont produites à cet effet, mais avec des stratégies différentes. Le résultat montre à quel point ces protéines sont importantes pour les plantes, indépendamment de leur habitat. Les résultats de l'étude peuvent aider à rendre les cultures plus résistantes au changement climatique. Le travail a été publié dans la revue spécialisée « Nature Plants ».

Lors de la photosynthèse, les plantes produisent des glucides à partir de CO2 en utilisant l'énergie lumineuse. Elles libèrent également de l'oxygène. Ce processus biochimique complexe se déroule dans les chloroplastes ; de petites organelles vertes qui possèdent leur propre matériel génétique. « Il contient également les gènes des protéines impliquées dans la photosynthèse », explique le professeur junior Dr. Felix Willmund du département de génétique des eucaryotes à l'Université technique de Kaiserslautern.

Pour « transformer » ces informations génétiques en protéines, une copie du matériel génétique, l'ARN ribosomal (ARN), est d'abord créée. « La copie sert de plan, permettant aux grands complexes moléculaires, les ribosomes, d'assembler les protéines à partir d'acides aminés individuels », explique le premier auteur Dr. Raphael Trösch, qui travaille dans le groupe de Willmund sur le campus de Kaiserslautern. Ce processus est également appelé traduction.

Dans la étude actuelle, Trösch et Willmund, avec leurs collègues, dont le Dr. Reimo Zoschke de l'Institut Max-Planck de physiologie moléculaire des plantes (MPI-MP) à Potsdam-Golm, ont examiné si des différences existent entre les plantes terrestres et les algues, qui sont très éloignées sur le plan évolutif. Ils ont comparé ces processus moléculaires chez une algue verte, la plante de tabac, et la petite plante de jardin à l’aide d’une nouvelle méthode. Il s’agit du profilage des ribosomes. Avec cette méthode, les chercheurs analysent l’ARN et les ribosomes présents lors de la traduction. À l’image d’empreintes digitales, les ribosomes laissent des traces sur l’ARN, permettant aux scientifiques de créer une image caractéristique montrant quelles protéines sont produites en quelle quantité. La particularité : « Avec cette technique, nous obtenons à la fois une vue d’ensemble de toute la traduction, mais aussi la possibilité d’étudier les détails de près », explique Zoschke, qui dirige le groupe de régulation de la traduction chez les plantes au MPI-MP.

« Chez les trois types de plantes, nous avons découvert que la quantité de protéines produites lors de la traduction correspond à celle qui joue un rôle dans la photosynthèse », indique Zoschke. Cependant, les chercheurs ont également constaté qu’il existe des différences dans les processus moléculaires qui se déroulent avant et pendant la traduction. « Néanmoins, au cours de l’évolution, différentes plantes ont développé des mécanismes pour produire lors de la traduction les mêmes composants de la photosynthèse en quantités équivalentes », explique Willmund. « Cela montre l’importance centrale de ces molécules. »

Les travaux ont été réalisés dans le cadre du projet de recherche collaborative (SFB Transregio TRR175) « Le centre vert – Le chloroplaste comme centre de l’acclimatation chez les plantes ». Il est financé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft depuis 2016. Des équipes de chercheurs de Berlin, Potsdam-Golm, Munich et Kaiserslautern étudient comment les plantes parviennent à s’adapter à des conditions environnementales changeantes.

Les résultats de l’étude actuelle montrent également que, malgré des stratégies différentes, les plantes parviennent à réaliser un processus de photosynthèse très similaire, même dans des conditions de vie très variées. Il est donc essentiel d’étudier ces processus fondamentaux pour mieux comprendre quels mécanismes les plantes utilisent, par exemple, pour faire face à des influences environnementales telles que des variations extrêmes de température ou de lumière. À l’avenir, ces connaissances devraient aider à rendre les cultures plus résistantes au changement climatique.

L’étude a été publiée dans la revue spécialisée « Nature Plants » : « Similarités et différences de la traduction dans le chloroplaste chez une algue verte et chez les plantes terrestres » DOI : 10.1038/s41477-018-0211-0