Découverte fortuite : la photosynthèse oxygénique est possible avec un seul photosystème
Un groupe de recherche de l'Université Ludwig-Maximilian (LMU), dirigé par le biologiste moléculaire Dario Leister, remet en cause une idée reçue longtemps considérée comme acquise dans les manuels scolaires
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Une équipe scientifique de l’Université Ludwig-Maximilian de Munich (LMU) a démontré pour la première fois que la photosynthèse oxygénique était possible en utilisant un seul photosystème. Leurs résultats remettent en question l’un des concepts les plus fondamentaux de la biologie et viennent d’être publiés dans *Nature Communications*.
Peu de principes biologiques sont restés aussi solidement ancrés que l’idée selon laquelle la photosynthèse oxygénique nécessite deux photosystèmes. Depuis plus d’un demi-siècle, ce concept est considéré comme une pierre angulaire de la biologie et figure pratiquement inchangé dans les manuels scolaires du monde entier. Les nouvelles découvertes de l’université LMU montrent que ce principe établi de longue date n’est pas universellement valable.
Un dogme central de la biologie remis en cause
« Lorsqu’un paradigme des manuels s’effondre, cela ne se limite pas à modifier un détail de nos connaissances : cela remodèle fondamentalement notre compréhension d’un processus biologique », explique le professeur Dario Leister, titulaire de la chaire de biologie moléculaire végétale à la LMU et chercheur principal de l’étude. « Nos résultats révèlent que la nature est bien plus flexible que nous ne le pensions auparavant. »
La photosynthèse alimente l’atmosphère terrestre en oxygène et constitue le fondement de presque toutes les chaînes alimentaires. Les plantes, les algues et les cyanobactéries transforment la lumière du soleil en énergie chimique grâce à ce processus. Selon le modèle dominant, cela nécessite l’action coordonnée de deux grands complexes protéiques : le photosystème II et le photosystème I. Ce concept est considéré comme un principe fondamental de la biologie depuis plus d’un demi-siècle.
Une découverte tout à fait fortuite
À l’origine, le groupe de recherche de Dario Leister ne cherchait pas une forme alternative de photosynthèse. Son objectif était d’introduire une version végétale du photosystème I dans la cyanobactérie Synechocystis. En combinant génie génétique et évolution adaptative en laboratoire, ils ont toutefois produit des organismes dans lesquels le photosystème I avait complètement disparu.
« Notre but était tout autre », explique Leister. « Nous ne nous attendions certainement pas à obtenir des organismes capables de croître, de fixer le dioxyde de carbone et de produire de l’oxygène sans le photosystème I. »
Malgré l’absence de photosystème I, ces nouvelles souches de cyanobactéries issues de l’évolution effectuent une photosynthèse oxygénique complète. Leur existence remet en cause l’hypothèse longtemps admise selon laquelle le photosystème I est indispensable à la synthèse de l’agent réducteur NADPH.
Une voie alternative de conversion énergétique
L’équipe a également identifié le mécanisme qui permet à ces bactéries de compenser l’absence du photosystème. Au cours de l’évolution adaptative, la chaîne de transport d’électrons photosynthétique a subi une réorganisation en profondeur. Un gradient de protons particulièrement prononcé permet au complexe NDH-1 de fonctionner en sens inverse, générant ainsi du NADPH – une fonction qui était jusqu’alors considérée comme l’apanage exclusif du photosystème I.
Des implications bien au-delà de la recherche sur la photosynthèse
Selon Leister, cette découverte transforme fondamentalement notre compréhension de la manière dont la photosynthèse oxygénique a pu évoluer et montre que même l’un des processus les mieux étudiés en biologie peut encore réserver de profondes surprises. Au-delà de l’apport de nouvelles perspectives sur les origines évolutives de la photosynthèse oxygénique, ces résultats soulèvent des questions fondamentales concernant l’émergence et l’adaptabilité des systèmes photosynthétiques. À long terme, ces résultats pourraient également inspirer de nouvelles stratégies pour la conception d’organismes photosynthétiques plus efficaces et le développement d’applications biotechnologiques innovantes.
« Nos travaux nous rappellent que même des concepts bien établis dans les manuels peuvent être remis en cause par de nouvelles preuves expérimentales », observe Leister. « C’est précisément ce qui rend la recherche fondamentale si passionnante. »
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