Révélation des mécanismes d'acclimatation de la photosynthèse par une approche comparative entre organismes, du phytoplancton aux plantes terrestres – RevelOrg

La photosynthèse oxygénique est le poumon de la terre. Ce processus énergétique repose en premier lieu sur deux complexes protéiques appelés photosystèmes PSI et PSII qui absorbent l'énergie lumineuse et la convertissent en énergie chimique qui soutient une grande partie de la biosphère.
La structure et la fonction des photosystèmes et leur disposition dans la membrane du thylacoïde s'adaptent en permanence aux changements des conditions environnementales, en particulier la quantité de lumière. Des mécanismes de régulation leur permettent de maintenir leurs performances et ainsi de faire face aux stress environnementaux. L'acclimatation est le processus par lequel un organisme vivant reste capable de se développer lorsqu'il est confronté à une nouvelle condition environnementale. La somme des mécanismes d'acclimatation dont dispose un organisme contribue à l'adaptation d'une espèce. Une meilleure connaissance de ces processus est fondamentale pour la compréhension de l'évolution et de l'écologie, pour comprendre les défis du stress dans un contexte de changement climatique et pour l'amélioration future de la capture du CO2 par les organismes photosynthétiques.
Nous exploiterons les différences et les similitudes entre les organismes photosynthétiques pour caractériser la fonction moléculaire d'un ensemble de protéines sélectionnées comme très importantes dans l'acclimatation à la lumière.
Pour cela, nous utiliserons une combinaison d'approches in vivo et in vitro pour étudier en parallèle et de manière étroitement coordonnée, le mécanisme d'acclimatation à la lumière dans trois modèles représentatifs de la diversité des organismes photosynthétiques : la cyanobactérie unicellulaire Synechocystis PCC6803, une algue verte unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii, et une plante supérieure (plus complexe), Arabidopsis thaliana.
Grâce à une approche génétique à haut débit, nous avons découvert, deux nouveaux acteurs de l'acclimatation photosynthétique ; APE1 (Acclimation of Photosynthesis to the Environment 1) et TLP15.2 (protéine luminale thylakoïde 15.2) conservées des cyanobactéries aux plantes supérieures attestant de leur importance physiologique. Un troisième acteur CGL11 absent des cyanobactéries, constitue un lien permettant de révéler les mécanismes moléculaires du contrôle de la photosynthèse et du flux cyclique d'électrons. D'importantes avancées conceptuelles dans la compréhension de la fonction de base d’APE1 chez Chlamydmonas ont été faites. APE1 est le premier régulateur identifié qui se lie aux supercomplexes PSII et libère les complexes coeur en fonction de l'intensité lumineuse. Cette fonction protège les PSII de la surexcitation en forte lumière, favorise l'hétérogénéité des PSII influençant l'empilement des thylacoïdes et permet d'augmenter la réparation et le renouvellement des PSII en fonction de l'intensité lumineuse. Les études chez Arabidopsis sont en cours de réalisation. Durant, ce projet nous analyserons également le rôle d’APE1 chez Synechocystis PCC6803 pour identifier sa fonction de base dans la photosynthèse. Bien que les mécanismes de régulation du PSII et du contrôle de la photosynthèse sont liés et sont à la base de l'acclimatation à la lumière chez les organismes photosynthétiques, ils ont rarement été étudiés en parallèle dans des divers organismes en utilisant une combinaison d’approches génétiques et biochimiques. Le projet RevelOrg réunit des chercheurs ayant des compétences complémentaires en photosynthèse, génétique, techniques de biologie moléculaire, biochimiques et biophysiques pour élaborer un modèle de l’acclimatation à la lumière. En résolvant le(s) mécanisme(s) moléculaires impliquant APE1,TLP15.2 et CGL11, nous pourrons également explorer les changements significatifs existant au niveau de la régulation (acclimatation) entre les organismes photosynthétiques qui leur ont permis de prospérer dans divers écosystèmes et habitats terrestres et aquatiques (eaux douces et salées).