Si les végétaux terrestres assurent l’activité photosynthétique sur les continents, dans les océans, ce sont des organismes unicellulaires microscopiques qui réalisent la photosynthèse : le phytoplancton. Dominant cette communauté, les diatomées (constituées de milliers d’espèces marines) sont à l’origine de la chaîne alimentaire de ces milieux. Elles capturent et séquestrent en profondeur le CO2 atmosphérique et assurent environ 20 % de la photosynthèse planétaire. Comment les diatomées ont-elles pu atteindre ce niveau et dominer la communauté des phytoplanctons ?
Dans le cadre d’une collaboration internationale (Belgique, France, Etats-Unis, Italie), une équipe française impliquant le CEA, le CNRS, l’Inra, l’Inserm, l’École Normale Supérieure, les Universités Joseph Fourier, Paris-Sud, Pierre et Marie Curie, et la société Fermentalg a décrypté, au niveau moléculaire, les caractéristiques du processus photosynthétique chez les diatomées.
Le mécanisme photosynthétique des diatomées décrypté
La fixation du CO2 par la photosynthèse requiert la production, dans le chloroplaste, d’énergie (molécule d’ATP) et de pouvoir réducteur (molécule de NADPH) et ceci dans des proportions bien définies. Or, chez les diatomées, les mécanismes moléculaires à l’œuvre pour gérer le rapport ATP / NADPH passent par des échanges soutenus entre le chloroplaste et la mitochondrie, le compartiment cellulaire dédié à la respiration. Ce processus permettant d’optimiser la photosynthèse a certainement contribué au succès écologique des diatomées, dans toutes les mers du globe.
Figure : Représentation d’une diatomée et des mécanismes cellulaires couplant la photosynthèse et la respiration chez cet organisme. Le chloroplaste, qui produit de l’ATP et du NADPH grâce à la lumière, est accolé à la mitochondrie, siège de la respiration cellulaire. Les deux compartiments cellulaires peuvent ainsi échanger les molécules d’ATP ou de NADPH qu’elles produisent, optimisant la fixation de carbone chez la diatomée. © IBENS CNRS-ENS
La découverte de ce mécanisme de couplage entre la photosynthèse et la respiration chez les diatomées permet d’envisager des applications biotechnologiques inédites : augmenter la production de biomasse pour produire des molécules d’intérêt, en jouant sur l’utilisation simultanée de lumière (pour la photosynthèse), et de sources carbonées (pour la respiration).