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Comment les plantes s'adaptent aux changements de lumière

communiqué de presse du 17 mars 2010

Grâce à la photosynthèse, les plantes transforment le rayonnement solaire en énergie chimique qu'elles stockent sous forme d'amidon. Pour optimiser cette transformation, les plantes doivent constamment s'adapter aux changements de lumière. L'étude de ces mécanismes de régulation a fait l'objet de découvertes que viennent de signer deux groupes du Pôle de recherche national (NCCR) Survie des plantes.

Les plantes possèdent une faculté tout à fait extraordinaire de résistance aux fluctuations parfois extrêmes de leur environnement. « Pensez à une plante un jour de ciel moutonné : d'une minute à l'autre, elle passe du plein soleil à l'ombre d'un nuage. Elle subit un énorme changement d'intensité », illustre Michel Goldschmidt-Clermont de l'Université de Genève, co-auteur d'une des recherches à laquelle a notamment participé le laboratoire de Felix Kessler à l'Université de Neuchâtel. « Un peu plus tard, le soleil aura tourné, elle sera peut-être à l'ombre d'une plante voisine : avec ce changement du spectre lumineux, il ne lui restera à capter qu'un peu de vert résiduel et de rouge lointain. Quelques temps après, elle se retrouvera à nouveau en pleine lumière. Comment les végétaux s'adaptent à ces changements demeure une question fascinante. »

Les deux percées traitent de l'identification de mécanismes moléculaires régissant ces adaptations chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Avec Jean-David Rochaix et ses collègues, Michel Goldschmidt-Clermont travaille sur la capture de la lumière par la protéine-antenne LHCII. En collaboration avec des chercheurs de l'Université de Linköping (Suède), l'équipe du NCCR Survie des plantes a identifié l'enzyme PPH1 indispensable pour l'adaptation de l'appareil photosynthétique aux variations de lumière. On peut comparer le mécanisme à deux moteurs (photosystème I et II) reliés par une courroie de transmission, en l'occurrence une chaîne de transport d'électrons. Or, sitôt que la lumière varie en couleur ou en intensité, les deux moteurs photosynthétiques ne fonctionnent plus forcément à la même vitesse. Le mécanisme par lequel s'opère le rééquilibrage du système est précisément l'objet de cette étude. L'intervention de l'enzyme PPH1 - une phosphatase - contribue à rétablir l'équilibre entre les deux photosystèmes et à assurer une adaptation optimale de la plante aux changements des conditions lumineuses. Ce résultat a été publié fin février dans la prestigieuse revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Il est d'ailleurs confirmé par des travaux de l'équipe de Dario Leister de l'Université Ludwig Maximilian à Munich (Allemagne).

De son côté, à l'Université de Lausanne, Christian Fankhauser a supervisé une étude publiée ce mois-ci dans la revue Plant Physiology. Elle montre l'implication de la protéine PKS2 dans le positionnement et l'aplatissement des feuilles, qui sont en quelque sorte les panneaux solaires des plantes. Cet ajustement vise à pouvoir toujours capturer un maximum de lumière. Ce rôle de régulation fine est une fonction nouvellement identifiée par l'équipe lausannoise. En effet, la réponse est d'abord assurée par des photorécepteurs appelés les phototropines qui détectent les changements de lumière. La famille de protéines PKS permet ensuite de transmettre cette information depuis les photorécepteurs jusqu'à l'intérieur de la cellule, afin d'ajuster la croissance et le positionnement des feuilles (voir photo ci-contre). « La protéine PKS2 est donc cruciale pour permettre à la plante d'accumuler un maximum de biomasse, d'où l'importance de ce résultat », ajoute Christian Fankhauser.

Ces deux découvertes concernent des recherches fondamentales qui s'attachent d'abord à élucider les mécanismes d'adaptation à la lumière sur des plantes simples comme Arabidopsis. La compréhension du phénomène permettra très probablement un jour de sélectionner des plantes présentant de meilleures performances face à des conditions environnementales difficiles, laissant entrevoir à long terme des applications pour l'agronomie.

Dr. Michel Goldschmidt-Clermont
Université de Genève
Departments of Molecular Biology
and of Plant Biology
T +41 22 379 6188
michel.goldschmidt-clermont@unige.ch

Prof. Christian Fankhauser
Université de Lausanne
Center for Integrative Genomics
T +41 21 692 3941/3920
christian.fankhauser@unil.ch

Prof. Felix Kessler
Université de Neuchâtel
Laboratory of Plant Physiology
T +41 32 718 22 92
felix.kessler@unine.ch