Les phytochromes sont les yeux des plantes. Ils leur permettent de détecter les changements de couleur, d’intensité et de qualité de la lumière afin que les plantes puissent réagir et s’adapter.

“Ils contrôlent tous les aspects de la vie d’une plante”, explique Clark Lagarias, professeur de biochimie à l’Université de Californie, Davis.

Les phytochromes des plantes terrestres répondent à la lumière rouge – les plantes absorbent la lumière rouge et reflètent la lumière verte, c’est pourquoi elles ont une apparence verte. La lumière rouge ne pénètre pas loin dans l’eau, et certaines algues marines et côtières sont dépourvues de gènes de phytochrome.

Mais d’autres ne le font pas, alors Lagarias et ses collègues ont examiné les propriétés des phytochromes d’une variété d’algues et ont découvert que les phytochromes des algues, contrairement à ceux des plantes terrestres, sont capables de percevoir la lumière dans tout le spectre visible – bleu, vert, jaune, orange, rouge et rouge lointain.

Cette large couverture spectrale aide probablement les algues à utiliser toute la lumière qu’elles peuvent dans l’océan, dit Lagarias, qu’il s’agisse d’ajuster leur chimie de récolte de la lumière en fonction des conditions changeantes, ou de monter et descendre dans la colonne d’eau à mesure que les niveaux de lumière à la surface changent.

Parce que différentes couleurs de lumière pénètrent à différentes profondeurs dans l’eau, les algues font face à des défis dans la récolte de la lumière que les plantes terrestres n’ont pas. La nouvelle recherche, publiée dans les Actes de l’Académie nationale des sciences, montre que les algues peuvent se montrer à la hauteur de la situation.

‘Been there and back again’

Les phytochromes eux-mêmes ont une longue histoire évolutive et sont probablement nés de l’interaction entre l’oxygène et les bilines, des molécules pigmentaires étroitement liées à la chlorophylle et au pigment hème porteur d’oxygène dans l’hémoglobine, explique Lagarias.

La forme ancestrale semble être sensible à la lumière rouge, similaire aux phytochromes des plantes terrestres modernes. Mais entre l’origine et aujourd’hui, les phytochromes sont passés par un stade de diversité massive où ils pouvaient détecter une gamme beaucoup plus large de longueurs d’onde.

“C’est une molécule qui a été là et qui est revenue”, dit Lagarias.

Ces découvertes aident les chercheurs à mieux comprendre le rôle de la lumière et de la réponse à la lumière dans le façonnement de l’écologie, ainsi qu’un modèle pour la réaction des cellules vivantes à la lumière. Elles pourraient également aider à la sélection de cultures aquatiques qui pourraient tirer parti de différentes conditions de lumière.

Les coauteurs de l’article sont de l’UC Davis, de l’Université Rutgers, de l’Institut de recherche de l’aquarium de Monterey Bay et de l’Institut canadien de recherches avancées. Les Instituts nationaux de la santé, la Fondation nationale des sciences, le Département américain de l’agriculture, le Département de la défense, la Fondation Packard et la Fondation Gordon et Betty Moore ont fourni des financements.