​Certaines cellules des plantes contiennent des organites spécialisés, les chloroplastes, qui contiennent une phase liquide appelée stroma et des membranes dites thylakoïdes. C'est à l'intérieur de ces membranes que la photosynthèse produit, à partir d'eau et de lumière, de l'oxygène et les molécules nécessaires au métabolisme végétal. Or ce processus complexe doit être hautement régulé, en réponse aux variations de lumière dans l'environnement (lire une précédente actualité de la DRF).  

La photosynthèse compte deux réactions photochimiques successives, déclenchées par deux super-complexes protéiques, appelés photosystèmes I et II (PSI et PSII).

• PSII, le premier à intervenir, conduit à l'oxydation de l'eau et à la formation de dioxygène (O₂);
• PSI, à l'inverse, possède un fort pouvoir réducteur.

En particulier, PSI réduit le dioxygène produit par PSII en radical libre O₂^- (superoxyde). Si elle est délétère pour l'appareil photosynthétique, cette espèce réactive pourrait participer à la signalisation cellulaire. Et en particulier, quel rôle les enzymes redox du PSI (rédoxines) pourraient-elles jouer ?

Un réseau hautement régulé

Pour en savoir plus, des chercheurs de Joliot ont étudié l'action de trois rédoxines (TRXM, NTRC et 2-Cys PRX) impliquées dans la régulation de la réduction de O₂ en O₂^- chez la plante modèle Arabidopsis thaliana.

Ils ont mesuré par résonance paramagnétique électronique (RPE) la quantité de O₂^- produit par la plante sauvage et par des mutantes (n'exprimant pas l'une ou l'autre des rédoxines étudiées) cultivées en jours courts ou longs (de 8 ou 16 heures).

• Dans les plantes sauvages cultivées en jours courts, la génération de superoxyde est deux fois plus importante que dans les échantillons cultivés en jours longs. Une différence qui disparaît chez plusieurs mutants.
• La localisation sur la membrane des thylakoïdes de TRXM et de 2-Cys-PRX varie en fonction de la durée des jours.
• Des expériences in vitro indiquent que plusieurs enzymes sont nécessaires pour obtenir une forte réduction de O₂ dans les thylakoïdes de plantes cultivées en jours longs.

Les chercheurs déduisent de leurs observations que les rédoxines fonctionnent en réseau – 2-Cys-PRX peut être réduite par NTRC et TRXM, mais peut également ré-oxyder NTRC et TRXM réduites – et fournissent à la plante un système d'adaptation rapide aux variations de lumière.

Ils proposent désormais un nouveau modèle de régulation redox de la réduction de O₂ au niveau du PSI qui prend en compte :

• le pouvoir réducteur de l'intérieur des chloroplastes (stroma) ;
• la capacité de différentes protéines contenant des groupes thiols (R-SH) à former un réseau d'interactions redox (à l'image des rédoxines étudiées).

« La régulation redox de la production du superoxyde au niveau du photosystème I peut jouer un rôle important dans l'acclimatation des plantes, non seulement à la photopériode (jours courts ou longs), mais aussi à des conditions de stress comme la sécheresse », constate Anja Liszkay, biologiste au CEA-Joliot (I2BC).