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Les "antennes" de Prochlorococcus se multiplient à basse lumière

Le 29 septembre 2007

Prochlorococcus, le plus petit organisme photosynthétique existant sur terre, n'a pas fini de nous étonner. En effet, des chercheurs de la Station biologique de Roscoff (CNRS) viennent de découvrir que, pour s'adapter aux faibles lumières parvenant à la base de la couche éclairée des océans (150-200 m), ce microorganisme a multiplié et diversifié les protéines pigmentaires qui lui permettent de capturer les rares photons parvenant à ces profondeurs.

Les antennes sont, de par leur structure, les composants les plus variables de l'appareil photosynthétique. En effet, au cours de l'évolution, les végétaux ont, en fonction du milieu dans lequel ils vivent, modifié ces complexes pour les adapter au mieux aux variations naturelles de la «qualité spectrale» (la couleur) et de la «quantité» (l'intensité) de la lumière. C'est ainsi qu'on trouve des algues vertes, rouges ou brunes, en fonction du type d'antennes et des pigments qui leur sont liés. L’intensité de la lumière qui pénètre dans les océans diminue rapidement avec la profondeur, mais sa couleur change également. Dans les eaux marines côtières, seuls les photons verts parviennent en profondeur, alors que dans les eaux du large (le grand bleu !), ce sont les photons bleus qui pénètrent le plus profond. Bien que l'océan soit constitué d'une couche d'eau continue, on constate que les différences d'intensité et de couleur de la lumière incidente qui existent entre la surface et la base de la couche éclairée créent de véritables «niches écologiques», propices au développement de nouvelles espèces. Comme dans les îles des Galapagos, où Darwin avait constaté, il y a quelques 170 ans qu'elles renfermaient une remarquable variété d'espèces de «pinsons» différant par la forme de leur bec. Prochlorococcus, l'organisme photosynthétique le plus petit (0,6 µm de diamètre) et le plus abondant des océans (plus de 200 000 cellules par millilitre d'eau de mer) s'est ainsi différencié en deux «écotypes1» : l'un adapté aux fortes lumières trouvées en surface, l'autre adapté aux faibles lumières trouvées à 100 m et plus.

Des scientifiques de l'Équipe «Phytoplancton océanique de la station biologique» de Roscoff, en collaboration avec deux équipes allemandes2, ont découvert des différences inattendues entre les écotypes de Prochlorococcus de surface et de profondeur. Ces derniers ont multiplié par sept leur nombre de protéines d'antennes par rapport aux premiers, ce qui leur permet sans doute de capturer le plus infime photon parvenant à la base de la couche éclairée des océans. Ils supposent en effet que ces antennes se sont apparemment spécialisées dans ce but. En effet, les gènes codant pour les différentes protéines d'antennes dans les souches de fond semblent régulés indépendamment les uns des autres. La synthèse préférentielle de l'une ou l'autre de ces protéines doit donc permettre à ces organismes de s'adapter parfaitement à leur environnement lumineux. On en saura bientôt beaucoup plus sur les différences entre les écotypes de Prochlorococcus, car la séquence de leur génome entier (quelque 2 millions de paires de bases, soit 1/1500e du génome humain) sera bientôt disponible et fournira une kyrielle d'informations sur le rôle que la lumière a joué dans l'évolution récente de ces micro-organismes. Le génome d'une souche de surface vient d'être séquencé par le «Department of Energy» américain, tandis que le Genoscope (Evry, France) séquencera bientôt celui d'une souche de profondeur typique.

Références :

• Garczarek L., Hess W.R., Holtzendorff J., van der Staay G.W.M. and Partensky F. (2000). Multiplication of antenna genes as a major adaptation mechanism in a marine prokaryote. Proc. Natl Acad. Sci. USA. Vol 97, pp. 4098-4101.
• Partensky F., Hess W.R. and Vaulot D. (1999). Prochlorococcus, a marine photosynthetic prokaryote of global significance. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 63:106-127
• L’appareil photosynthétique insolite de Prochlorococcus. CNRS-Info, n° 337, 15/02/1997, pp. 9-10.


La lumière, c'est la vie !
La remarquable capacité des végétaux à capturer et transformer l'énergie des photons solaires constitue l’un des processus fondamentaux du développement de la vie sur terre. En effet, cette énergie leur permet notamment de transformer le gaz carbonique de l'atmosphère en carbone organique, un constituant primordial des êtres vivants. L'ensemble des processus qui aboutissent à cette transformation constitue ce qu'on appelle la «photosynthèse».
Mais comment se déroule la capture des photons ? Ceux-ci sont recueillis par des complexes formés de protéines et de pigments, constituant de véritables «antennes», déployées à l'intérieur des cellules au sein de membranes photosynthétiques. La majorité des composants de l'appareil photosynthétique, c'est-à-dire l'ensemble des molécules qui véhiculent l'énergie solaire et l'utilisent pour effectuer les réactions chimiques de la photosynthèse, possède une structure et une composition en acides aminés très conservées (similaires) depuis les cyanobactéries (bactéries pigmentées unicellulaires) jusqu'aux végétaux eucaryotes les plus évolués, tels que les arbres.


*1 Sous-ensembles d'individus au sein d'une même espèce ou d'espèces proches qui possèdent une particularité propre leur permettant de s'adapter un environnement donné.

*2 Institut de biologie/génétique de l'Université Humbolt de Berlin (Wolfgang Hess et Julia Holtzendorff) ; Institut de botanique de l'Université de Cologne (Georg van der Staay).

Source : http://www.cnrs.fr/Cnrspresse/n385/html/n385a08.htm

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