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La recherche sur la photosynthèse aujourdhui

par Olivier VALLON - publié le

L’étude des mécanismes de la photosynthèse a une belle et longue histoire dans notre pays. Pour ne parler que du dernier demi-siècle, on retiendra par exemple le rôle de P. Joliot dans la découverte du mécanisme de photo-oxydation de l’eau, l’étude du groupe de Saclay autour de P. Mathis sur le centre réactionnel, la formalisation par B. Genty de l’analyse de l’induction de fluorescence chlorophyllienne, la cristallisation du cytochrome b6f par D. Picot etc…
L’étude des mécanismes continue aujourd’hui, car il reste de nombreux mystères à élucider pour comprendre par exemple les chemins empruntés par les excitons et les électrons, la cinétique des réactions, la diversité des enzymes de la photosynthèse chez différents organismes etc. Cependant, la tendance lourde de ces dernières années a été vers l’intégration du processus photosynthétique à des niveaux supérieurs : cellulaire (métabolisme, signalisation, stress oxydatif, expression des gènes), organismique (nutrition minérale, échanges de matière et d’information entre organes, développement), écologique (structuration des écosystèmes, évolution de la biosphère et de la géosphère). Au-delà du fonctionnement des enzymes photosynthétiques, notre recherche porte de plus en plus sur la biogenèse et la maintenance de l’appareil photosynthétique, sur les stresses induits par la capture de l’énergie lumineuse, sur la façon dont la photosynthèse conditionne les interactions entre organites, entre organes, entre organismes. L’activité photosynthétique, par essence variable, est un élément central de la dynamique des systèmes, à tous les niveaux d’intégration imaginables. Par ailleurs, on commence juste à examiner la biodiversité des organismes photosynthétiques, liée à une longue évolution linéaire mais aussi aux endosymbioses secondaires et tertiaires qui ont introduit la photosynthèse dans un grand nombre de groupes eucaryotes. Chaque organisme répond d’une façon spécifique à la lumière, en fonction du spectre, de l’intensité, de la dynamique de l’éclairement, mais aussi des conditions trophiques : entre le plan de maïs au champ, le kleptoplaste dans le manteau d’une limace de mer, la bactérie pourpre dans un sédiment anaérobie, l’algue dans son photobioréacteur, quelles différences passionnantes à explorer ! On peut être sûr que dans les années qui viennent nous verrons se dégager une image plus globale du vivant photosynthétique. Nous analyserons la photosynthèse au sein d’un organisme et d’un milieu naturel tous deux en constant changement à toutes les échelles de temps, nous intègrerons la biodiversité des organismes photosynthétiques comme le produit de l’évolution (dans des conditions naturelles variées mais sous contraintes mécanistiques fortes) d’une des plus fécondes inventions de la vie.
Pour atteindre ces buts, la recherche sur les organismes photosynthétiques s’est emparée en temps réel des nouvelles approches méthodologiques qui se développent aujourd’hui. Citons la spectroscopie et la cristallographie ultra-rapide, l’imagerie automatique permettant crible et phénotypage, la milli- et la microfluidique, ainsi que les nouveaux moyens d’exploration des milieux naturels, et bien entendu, les méthodologies "omiques" : métabolomique, protéomique, transcriptomique, génomique… Le séquençage à haut débit permet aujourd’hui de générer une image parfois quantitative des acides nucléiques et des protéines présents à un instant donné dans la cellule ou le compartiment d’intérêt. Leur analyse pertinente est un défi technologique de premier ordre, auquel doit répondre une expansion de nos capacités en bioinformatique au sein même des laboratoires, et leur mise en réseau. La biologie des systèmes est en train de devenir une réalité et la photosynthèse y représente un module extrêmement bien défini et cohérent, sa modélisation est à la fois un défi et une clé indispensable. Les approches biotechnologiques permettront peut-être bientôt d’améliorer l’efficacité de la photosynthèse au champ. La prise de conscience par la société toute entière qu’une alternative durable aux énergies fossiles doit être rapidement mise en place à l’échelle industrielle propulse au premier plan les organismes photosynthétiques, seuls capables de transformer la lumière en biocarburant liquide via l’accumulation des triglycérides. A la suite des USA où des efforts énormes ont été engagés dans ce sens, notre pays cherche, soit dans les microalgues soit plus généralement dans la biomasse photosynthétique, une alternative au "tout fossile/tout nucléaire". Notre communauté est fortement sollicitée, elle doit s’organiser pour répondre avec des solutions viables économiquement et durables écologiquement. Celles-ci nécessiteront forcément une compréhension globale du rôle de la photosynthèse dans la physiologie des organismes et des écosystèmes.