Une activité photosynthétique surprenante

Dans le processus photosynthétique bien caractérisé chez les organismes verts, la fixation du CO₂ requiert la production, dans le chloroplaste, d’énergie chimique (molécule ATP – adénosine triphosphate et molécule de NADPH – nicotinamide adénine dinucléotide photosphate) dans des proportions bien définies.  Or la phase claire de la photosynthèse qui consiste en la conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique (ATP et NADPH) produit un rapport ATP/NADPH inférieur aux besoins de la phase sombre de la photosynthèse où le CO₂ est convertit en sucre.

A Liège, c’est Benjamin Bailleul – premier auteur de l’article publié dans Nature, aidé par Nicolas Berne et Pierre Cardol - qui a assuré le suivi d’une recherche menée parallèlement en France, en Italie et aux Etats-Unis entre 2009 et 2015. En post-doctorat au Laboratoire de Génétique et Physiologie des microalgues, Benjamin Bailleul et ses collègues se sont penchés sur l’étude du comportement photosynthétique des diatomées et la conversion de l’énergie lumineuse.

Cherchant donc les raisons pour lesquelles les diatomées dominent la communauté du phytoplancton, les scientifiques ont découvert une interaction d’une ampleur inattendue entre les chloroplastes et les mitochondries, deux types de compartiments cellulaires dédiés respectivement à la photosynthèse et à la respiration. Chez les diatomées, les mécanismes moléculaires à l’œuvre pour gérer ATP et NADPH dans un rapport adéquat pour la fixation du CO₂ passent donc par des échanges soutenus  entre le chloroplaste et la mitochondrie. Ce processus permet d’exporter du NADPH vers la mitochondrie et d’importer en retour de l’ATP dans le chloroplaste.

L’apport particulier de Liège dans cette étude a été la mise en lumière de la conservation de cette interaction entre la photosynthèse et la respiration dans différentes espèces de diatomées. « Le mécanisme mis en évidence est en réalité un mécanisme déjà découvert chez des plantes terrestres mais qui ne se manifeste que des conditions particulières, souligne Pierre Cardol. Les plantes terrestres ont effet des systèmes de régulation (ou d’optimisation) de la photosynthèse qui sont principalement localisés dans le chloroplaste. Ces mécanismes, décrits chez les plantes terrestres vertes, ont vraisemblablement été perdus au cours de l’évolution des diatomées qui ont acquis leur chloroplaste de façon secondaire. Il pourrait s’agir d’une piste pour expliquer la nécessité pour les diatomées  de recourir à un système qui fonctionne sur base d’une interaction entre les deux centrales énergétiques de la cellule (ndlr le chloroplaste et la mitochondrie). L’optimisation de cette interaction est vraisemblablement responsable de l’efficacité de  la photosynthèse chez les diatomées ». Ce processus d’optimisation de la photosynthèse a certainement contribué au succès écologique des diatomées, dans toutes les mers du globe.

« Mais avant de pouvoir affirmer cela avec plus de certitudes, il faudrait certainement s’attarder aux 60 autres pourcents de la photosynthèse marine, estime Pierre Cardol Il serait en effet intéressant de voir comment fonctionne le reste des organismes photosynthétiques vivant dans les océans afin de mieux cerner leurs modes de production d’oxygène et de fixation du dioxyde de carbone. »

Enfin, cette interaction particulière entre la respiration et la photosynthèse pourrait inspirer des développements prometeurs en biotechnologie, « cette interaction suggère l’idée qu’accroître le processus respiratoire par ajout de sources de carbone organique permettrait de stimuler la croissance des diatomées ». Outre leur grand intérêt écologique, les diatomées sont en effet à l’heure actuelle en ligne de mire des industriels pour leur grande capacité à produire des acides gras polyinsaturés et autres molécules d’intérêt comme des pigments naturels.