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Le rôle des phytochromes pour la première fois déterminé chez des bactéries

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Très récemment, une équipe associant l'IRD, le CEA et le CNRS a mis en évidence l'existence de phytochromes chez Bradyrhizobium, une bactérie photosynthétique fixatrice d'azote qui vit en symbiose avec des légumineuses tropicales (les Aeschynomene). En utilisant les outils de la biologie moléculaire, de la biophysique et de la biochimie, ces chercheurs ont pu démontrer le rôle essentiel de ce nouveau phytochrome dans le contrôle de la constitution du photosystème de la bactérie. Une fonction identique a pu être mise en évidence chez Rhodopseudomonas palustris une bactérie photosynthétique très proche phylogénétiquement des Bradyrhizobium.

Pour cela, les chercheurs ont soumis des cellules de Bradyrhizobium à diverses longueurs d'ondes de lumière (du rouge à l'infra-rouge). Ils se sont alors aperçus que l'appareil photosynthétique de la bactérie ne se constituait dans sa totalité que sous lumière infrarouge et donc seulement lorsque le phytochrome était dans sa conformation active . Ils ont par ailleurs créé, par génie génétique, des souches bactériennes où le gène codant le phytochrome avait été supprimé. L'activité photosynthétique de ces souches est apparue quasi inexistante quelles que soient leurs conditions de culture. Ces expériences ont donc démontré que le système photosynthétique de Bradyrhizobium est sous l'entier contrôle du phytochrome. Ainsi, pour la première fois, un rôle des phythochrome a pu être déterminé chez des bactéries.

Les chercheurs ont par ailleurs réussi à définir les principaux mécanismes d'action du phytochrome chez les deux bactéries. Ils ont en effet découvert que le gène contigu à celui du phytochrome code une protéine (appelée " PpsR ") connue pour empêcher l'expression de certains gènes photosynthétiques . Ils ont démontré qu'en lumière infra-rouge sous sa forme active, le phytochrome interagit avec cette protéine et empêche son action répressive. Les gènes qui codent l'appareil photosynthétique des bactéries peuvent alors s'exprimer. Ainsi, la transduction du signal lumineux opéré par le phytochrome dans les cellules bactériennes se ferait par une interaction directe avec la protéine PpsR, et non par le déclenchement d'une cascade d'événements biochimiques, comme on le pensait jusqu'à présent. Se fondant sur ces observations, les chercheurs ont conçu un modèle de régulation de l'expression des gènes par la lumière qui a fait l'objet d'un brevet et qui pourrait offrir un nouvel outil à la recherche en biologie biomoléculaire .

Pourquoi les bactéries du genre Bradyrhizobium sont-elles dotées de phytochromes alors que d'autres bactéries également photosynthétiques (Rhodobacter, Rubrivivax ou Rhodospirillum) analysées par l'IRD, le CEA et le CNRS en sont dépourvues ? Les chercheurs émettent l'hypothèse que le système de régulation de la photosynthèse par le phytochrome pourrait constituer une évolution fonctionnelle permettant une interaction entre la bactérie et la légumineuse sur laquelle elle se développe. En effet, les Bradyrhizobium vivent le long de la tige sous une couche de cellules chlorophylliennes qui ne laissent passer que la lumière infra-rouge. Ainsi, grâce au phythochrome, la bactérie va pouvoir mettre en place son appareil photosynthétique qui va lui offrir une partie de l'énergie nécessaire pour réaliser sa symbiose avec la légumineuse et fixer l'azote essentiel à la croissance de la plante.

L'étude des phytochromes chez les bactéries photosynthétiques pourrait permettre à terme de mieux comprendre le mécanisme de fonctionnement de ces capteurs de lumière chez les plantes. Rhodopseudomonas palustris, l'autre bactérie étudiée par l'IRD, le CEA et le CNRS, constitue en particulier un modèle de choix pour analyser la fonction et le mode d'action des phytochromes en général. En effet, son génome vient d'être entièrement séquencé et a révélé la présence exceptionnelle, chez une bactérie, de six copies de phytochromes différentes.

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