Une étude collaborative dirigée par le Dr Christopher Gisriel de l’Université de Yale et le Dr Tanai Cardona de l’Université Queen Mary de Londres, publié dans Frontières de la science végétaleoffre de nouvelles informations sur l’origine et l’évolution d’un type unique de photosynthèse qui permet à certaines bactéries, en particulier les cyanobactéries, d’exploiter la lumière rouge lointain.
La lumière rouge lointaine, qui se situe entre 700 et 800 nanomètres (nm), à peine visible à l’œil humain, est au-delà de la plage généralement utilisée pour la photosynthèse car elle contient une énergie inférieure à la plage visible standard entre le bleu et le rouge (400 à 700 nm). ). Les connaissances de l’étude sur la capacité des cyanobactéries à utiliser la lumière rouge lointain sont importantes, car elles pourraient fournir des cadres conceptuels pour concevoir des plantes améliorées dotées de capacités d’absorption de la lumière étendues pour des applications en biotechnologie et en agriculture.
Les résultats de l’étude mettent non seulement en lumière le parcours évolutif de la photosynthèse rouge lointain, mais ont également de profondes implications pour notre compréhension de la vie dans le cosmos. Les étoiles naines M, le type d’étoile le plus répandu dans l’univers, émettent beaucoup plus de lumière rouge lointain que de lumière visible, ce qui en fait des refuges potentiels pour la photosynthèse rouge lointain. Si la vie pouvait prospérer sur les planètes en orbite autour de ces étoiles, cela pourrait repousser les limites de notre recherche de vie extraterrestre.
L’analyse des chercheurs indique que la capacité à utiliser la lumière rouge lointaine a évolué en deux étapes distinctes. Une étape précoce qui impliquait des cyanobactéries innovant avec un nouveau pigment, la chlorophylle f, permettant au photosystème de récolter pour la première fois la lumière rouge lointain. De plus, ils ont développé un photosystème modifié qui pourrait utiliser ce pigment pour alimenter la réaction de libération d’oxygène en utilisant uniquement la lumière rouge de plus faible énergie. Cette étape s’est peut-être produite dans des formes ancestrales de cyanobactéries et aurait pu commencer il y a 3 milliards d’années.
Le stade avancé, survenu il y a environ 2 milliards d’années, a encore optimisé la capacité à récolter la lumière rouge lointaine en développant un deuxième photosystème modifié incorporant de la chlorophylle f à des endroits critiques. Cette phase a coïncidé avec la diversification des cyanobactéries dans les lignées existantes.
De manière significative, l’étude a également trouvé des preuves suggérant que la photosynthèse de la lumière rouge lointaine peut être obtenue par une cyanobactérie par transfert horizontal de gènes. Cette découverte indique que ce trait complexe pourrait être introduit de manière viable dans un organisme photosynthétique qui n’était pas adapté auparavant à l’utilisation de la lumière rouge lointain.
La recherche souligne la nature complexe et adaptative des systèmes photosynthétiques et ouvre de nouveaux horizons pour comprendre comment les organismes évoluent pour exploiter efficacement l’énergie dans des conditions environnementales variables. L’étude jette également les bases de futures explorations sur l’optimisation de l’utilisation de la lumière dans les biotechnologies et l’agriculture, ce qui pourrait conduire à des souches d’algues ou à des améliorations de cultures dans des conditions d’éclairage loin d’être idéales.
Plus d’information:
Christopher J. Gisriel et al, Diversité moléculaire et évolution du photosystème I acclimaté à la lumière rouge lointaine, Frontières de la science végétale (2023). DOI : 10.3389/fpls.2023.1289199