Les phytochromes, ces yeux qui permettent à des microalgues de se repérer dans les profondeurs

Le phytoplancton qui peuple les océans est reconnu pour jouer un rôle majeur dans les écosystèmes marins et dans la régulation du climat. À l’instar des plantes terrestres, il fixe le CO₂ de l'atmosphère et produit par photosynthèse la moitié de l’oxygène sur notre planète. Mais les mécanismes qui contrôlent sa répartition restaient jusqu’à présent peu connus.

En étudiant les processus de perception de la lumière chez les diatomées, une espèce de phytoplancton, des scientifiques du CNRS et de Sorbonne Université^{1. 2} ont découvert que ces microalgues utilisent des capteurs de variations lumineuses codifiés dans leurs génomes, les phytochromes. Ces derniers leur permettent de détecter les changements du spectre lumineux dans la colonne d'eau et ainsi les informer sur leur position dans cette colonne. Cette fonction est particulièrement importante dans des environnements aquatiques changeants soumis à d’importants brassages d’eau, tels que les régions des hautes latitudes, tempérées et polaires, afin d’ajuster leur activité biologique et notamment la photosynthèse. En effet, grâce à l’analyse des données de génomique environnementale issues de campagnes d'échantillonnage en mer de Tara Oceans, l’équipe a observé que seules les diatomées des zones au-delà des tropiques du Cancer et du Capricorne possèdent des phytochromes. Ces zones, caractérisées par des saisons marquées et de fortes différences de longueur du jour, laissent suggérer que les phytochromes aident les diatomées qui en sont pourvues à mesurer le passage du temps.

Cette étude, à paraitre dans Nature le 18 décembre 2024, apporte un nouvel éclairage sur la façon dont les microalgues utilisent les informations lumineuses pour se repérer dans leur environnement. Elle met également en évidence la nécessité de mener des études intégrées, à la fois en laboratoire et en milieu naturel, pour mieux appréhender les dynamiques complexes des écosystèmes océaniques et la capacité des organismes marins à répondre aux changements environnementaux.

1- Travaillant au laboratoire Biologie du chloroplaste et perception de la lumière chez les microalgues (CNRS/Sorbonne Université) à l'Institut de Biologie Physico-Chimique (CNRS), en collaboration avec l’Institut de biologie de l'École normale supérieure (CNRS/INSERM/ENS-PSL).

2- Projet collaboratif en lien avec la Fondation Tara Océan, acteur majeur pour la récolte des données de génomique environnementale, la Stazione Zoologica Anton Dohrn de Naples pour les approches d’océanographie biologique, et avec le soutien de la fondation Bettencourt Schueller et du labex Dynamo.