Un nouvel éclairage sur l’importance d’une voie critique de la photosynthèse chez les plantes

La photosynthèse est l’une des réactions chimiques les plus importantes, non seulement pour les plantes mais aussi pour le monde entier. L’impact et donc l’importance de la photosynthèse ne peuvent guère être sous-estimés. Ainsi, il est logique que la science soit depuis longtemps fascinée par les réactions et les phénomènes physiques qui font que la photosynthèse se produit. L’un de ces phénomènes est la voie ferrédoxine/thiorédoxine (Fd/Trx).

Découverte il y a environ un demi-siècle, la voie Fd/Trx a longtemps été reconnue pour réguler de nombreuses réactions dépendant de la lumière dans les chloroplastes, l’organe de la feuille où se produit la photosynthèse. On a longtemps considéré que la voie Fd/Trx est extrêmement importante pour les plantes, car elle active plusieurs enzymes dans les chloroplastes, en réponse à la lumière. Pourtant, ces hypothèses ont été remises en question pour deux raisons. La première est due à la découverte d’autres voies dans la feuille qui pourraient également activer les enzymes des chloroplastes. La seconde est qu’à ce jour, aucune étude n’a examiné comment la suppression de la voie Fd/Trx affecte les plantes.

Pour résoudre ce problème, une équipe de chercheurs du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), dirigée par le professeur associé Keisuke Yoshida, a utilisé la technologie CRISPR/Cas9 pour créer un spécimen muté de la plante Arabidopsis thaliana. Ce spécimen a été génétiquement modifié pour rendre leur voie Fd/Trx complètement défectueuse. Selon le Dr Yoshida, « En créant un modèle avec une voie Fd/Trx défectueuse, nous avons pu découvrir sa signification biologique réelle chez les plantes, ce qui a conduit à des découvertes passionnantes. » Le papier a été publié dans Journal de chimie biologique.

Les chercheurs ont examiné ces nouveaux spécimens mutants et les ont comparés aux plantes non mutées pour voir la différence et ainsi comprendre l’impact de la voie Fd/Trx. Pour évaluer le rôle de la voie dans l’activation des réactions dépendantes de la lumière dans le chloroplaste, les chercheurs ont fait briller différentes intensités de lumière sur les plantes, puis ont vérifié les états des enzymes dans le chloroplaste.

Dans la plante sauvage non mutée, les enzymes étaient passées d’un état oxydé à un état réduit. En revanche, chez les plantes mutées, aucune des enzymes n’a changé d’état. Les plantes mutées ont également montré des chloroplastes anormalement développés et une capacité réduite à la photosynthèse. L’ATP synthase était la seule enzyme qui a montré une réponse réductrice dans la souche mutante. Cette enzyme est essentielle à la synthèse de l’ATP, la molécule de stockage d’énergie de tous les êtres vivants. L’activation de l’ATP synthase s’est produite par diverses voies et n’a pas été beaucoup affectée par la voie défectueuse Fd/Trx.

Pour résumer, les chercheurs ont découvert que la voie Fd/Trx est indispensable pour de nombreuses réactions d’activation dépendantes de la lumière des enzymes dans les feuilles. La voie Fd/Trx est également importante pour une photosynthèse efficace, essentielle à la croissance normale des plantes.

Selon le Dr Yoshida, « Les connaissances que nous avons tirées de cette étude sur le fonctionnement et l’importance de la voie Fd/Trx chez les plantes nous ont permis de mieux comprendre les mécanismes complexes qui se produisent dans les plantes. Cette recherche nous pousse également à approfondir et répondre à de nombreuses autres questions liées au processus de photosynthèse afin que nous puissions pleinement comprendre ce processus impressionnant qui alimente le monde entier. »