Fondamentale pour la vie sur Terre, la photosynthèse s'est développée il y a 2,5 milliards d'années chez les cyanobactéries. Ces ancêtres des chloroplastes sont devenues des organites indispensables aux plantes pour leur permettre de convertir le carbone du CO2 en sucres à l'aide de la lumière du Soleil. En réponse aux variations de leur environnement, les plantes ont développé une capacité à moduler cette activité photosynthétique, grâce à la synthèse du nucléotide ppGpp (guanosine tétraphosphate) par les enzymes RSH héritées des bactéries. Il est un autre phénomène que viennent de découvrir les chercheurs du Biam : un mécanisme aujourd'hui partagé par tous les membres du groupe des eucaryotes et qui, chez les plantes, permet également de moduler la synthèse du ppGpp.
« Ce mécanisme est basé sur l'activité de la protéine kinase appelée TOR et dont nos collègues du Biam avaient déjà montré le rôle dans la prolifération et la différenciation cellulaire, indique Ben Field, directeur de recherche au Biam. Il se trouve que cette kinase eucaryotique est capable de réguler la photosynthèse via le métabolisme de ppGpp, en fonction de signaux provenant de l'environnement tels que la présence de nutriments ou de différents types de stress environnementaux » De fait, les chercheurs sont parvenus à démontrer que le système ppGpp des bactéries et la kinase TOR des eucaryotes coexistent et sont moléculairement interconnectés :
- en conditions normales, TOR réprime l'enzyme RSF3, celle-là même qui module l'activité photosynthétique ;
- en conditions de stress, TOR est inhibé, libérant ainsi RSH3 pour synthétiser le ppGpp qui réduit alors la photosynthèse et diminue la production de sucres pour répondre au ralentissement de la croissance.
« Cette régulation croisée entre le système hérité des eucaryotes et celui des bactéries, démontre une remarquable synergie évolutive qui a permis aux plantes de s'adapter en maintenant l'équilibre de leur croissance et de leur métabolisme énergétique malgré les fluctuations environnementales et nutritionnelles », complète le chercheur. À l'aide de biotechnologies telles que l'édition du génome, cette découverte ouvre la voie au développement de plantes résistantes aux « multistress », une caractéristique très recherchée dans l'agriculture.