​​​Les microalgues vertes, ancêtres des plantes, sont des organismes microscopiques vivant principalement dans toutes les eaux de la planète. Comme les plantes, elles sont capables de réaliser la photosynthèse, une réaction métabolique complexe qui permet de convertir le CO2 en biomasse et en oxygène grâce à l'énergie solaire. Chez ces microorganismes, la lumière n'est pas seulement une source d'énergie pour la photosynthèse, mais également une source d'information sur leur environnement. Grâce à des senseurs spécifiques, appelés photorécepteurs, les algues perçoivent certaines couleurs de la lumière et, suivant les conditions, s'en rapprochent (phototaxie positive) ou s'en éloignent (phototaxie négative), mais elles régulent aussi leur horloge biologique interne et leur cycle de vie sexuelle. Enfin, quand l'intensité lumineuse devient trop forte et sature les capacités photosynthétiques (en plein soleil par exemple), l'excès de lumière devient toxique, produisant ainsi des espèces excitées de l'oxygène qui entraînent des dommages cellulaires. Pour s'en protéger, les organismes photosynthétiques sont capables de réduire rapidement la quantité d'énergie lumineuse absorbée en activant des mécanismes de photoprotection qui dissipent l'excès de lumière en la transformant  en chaleur.

En collaboration avec des chercheurs japonais  et allemands, une équipe du CEA-BIG a identifié un des liens moléculaires qui relie la perception de la lumière, la photosynthèse et la photoprotection chez l'algue verte Chlamydomonas reinhardtii. Les chercheurs ont montré que Chlamydomonas intègre les informations liées à l'intensité lumineuse grâce à un photorécepteur particulier (PHOTOTROPINE). Ce photorecepteur, sensible à la lumière bleue, permet à l'algue d'optimiser la quantité d'énergie lumineuse pour sa photosynthèse et éventuellement d'enclencher les mécanismes de photoprotection.

Ce mécanisme, qui relie la détection de la lumière, son utilisation et sa dissipation, est probablement apparu dans les océans, c'est-à-dire l'environnement où les organismes photosynthétiques ont évolué et où la lumière bleue domine le spectre visible disponible. Ce mécanisme a vraisemblablement contribué à la colonisation des terres par les organismes photosynthétiques et a finalement disparu chez les plantes exposées à la totalité du spectre visible.

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​​Représentation schématique des liens moléculaires qui existent entre la perception de la lumière, son utilisation pour la photosynthèse, et la protection contre le stress lumineux chez la microalgue Chlamydomonasreinhardtii. La couleur bleue de la lumière est perçue par la protéine phototropine (PHOT) qui se compose du domaine LOV, qui capte la lumière. LOV active ensuite le domaine de la kinase (KIN) qui transforme le signal lumineux en signal biologique et le transduit (flèche bleue) vers le noyau. Ce signal s'intègre avec un autre signal provenant du chloroplaste (flèche rouge) qui transporte des informations liées à la quantité de lumière qui est absorbée par la cellule mais pas utilisée par la photosynthèse. Les deux signaux intégrés déclenchent la transcription du gène LHCSR3 dans le noyau et l'accumulation de la protéine LHCSR3 dans le chloroplaste (flèche noire). LHCSR3 est la protéine qui dissipe l'excès de lumière en la transformant en chaleur. © Dimitris Petroutsos​