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Un petit organite pour les microalgues mais un grand pas pour la production d'énergie

Communiqué de presse CEA

 

Plantes et microalgues adaptent leur métabolisme énergétique aux fluctuations de lumière et de nutriments auxquelles elles doivent faire face en permanence. Les réactions du métabolisme étant compartimentées dans différents organites de la cellule, un enjeu majeur est de comprendre les mécanismes de circulation d’énergie et d’information entre ces organites. Dans une étude parue dans Plant Cell, les chercheurs révèlent pour la première fois l’existence d’une communication entre le chloroplaste, siège de la photosynthèse, et le peroxysome, organite relativement peu étudié chez les algues. Ces travaux offrent des perspectives prometteuses en vue de l’optimisation du stockage de l’énergie par les microalgues, une étape essentielle pour le développement de biocarburants de 3e génération.

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Publié le 17 juillet 2018 
Le chloroplaste est la principale source d’énergie des cellules végétales et algales où se produit la photosynthèse. Le chloroplaste est aussi l’endroit où sont synthétisés des composants cellulaires importants pour le stockage de l’énergie (comme l’amidon et les acides gras). Dans le milieu naturel, plantes et algues sont confrontées à de fortes variations de l’intensité du rayonnement solaire et des variations importantes de l’apport de nutriments. Les réactions de capture, de transformation et de stockage de l’énergie solaire qui se produisent dans le chloroplaste lors de la photosynthèse doivent être étroitement coordonnées avec les réactions qui se produisent dans d’autres compartiments cellulaires afin d’assurer la croissance et la survie des cellules. La circulation d’énergie, de métabolites et de signaux entre le chloroplaste et d’autres compartiments cellulaires reste mal connue et constitue un domaine de recherches intensives.
Les chercheurs du CEA Cadarache, au BIAM (CEA, CNRS, Aix-Marseille Université), et du CEA Paris-Saclay, en collaboration avec des scientifiques de l’Institut Max-Planck en Allemagne, ont découvert chez la microalgue Chlamydomonas que la réaction catalysée par une enzyme peroxysomale appelée « malate déshydrogénase 2 » (MDH2) joue un rôle important dans la communication entre peroxysome et chloroplaste, ce qui a un impact sur la photosynthèse et le métabolisme du chloroplaste. La communication du peroxysome vers le chloroplaste implique un acide organique, le malate, produit par le MDH2 ainsi que le peroxyde d’hydrogène, une molécule de signalisation cellulaire produite dans le peroxysome. L’interaction entre chloroplaste et peroxysome joue un rôle essentiel dans la régulation à la baisse de la photosynthèse et l’atténuation du stress oxydatif lors de l’adaptation à des conditions environnementales difficiles, comme une carence en nutriments et une forte exposition à la lumière. En l’absence de cette communication, les cellules maintiennent une activité de la photosynthèse plus élevée et accumulent des quantités plus importantes d’huile et d’amidon. Cette communication permet donc aux microalgues d’ajuster la production et le stockage de l’énergie aux conditions environnementales.

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Représentation du flux d’informations du peroxysome (en rouge) au chloroplaste (en vert) dans une cellule de Chlamydomonas reinhardtii. Le signal redox généré par le peroxysome participe au contrôle de la photosynthèse et de l’accumulation d’huile (en jaune) et d’amidon (en blanc). © S.Moulin/CEA
Ces travaux soulignent l’importance des peroxysomes dans le métabolisme des algues et la production d’huile et d’amidon. La prochaine étape consistera à examiner le rôle du peroxysome et son interaction avec le chloroplaste chez d’autres espèces d’algues. Le but est de permettre de mieux comprendre l’évolution et la fonction physiologique des peroxysomes et leur rôle dans la capacité des organismes photosynthétiques à s’adapter à un environnement fluctuant.