Deux nouvelles études sur les algues vertes - le fléau des propriétaires de piscines et d'étangs d'eau douce - ont révélé de nouvelles informations sur la façon dont ces organismes siphonnent le dioxyde de carbone de l'air pour l'utiliser dans la photosynthèse, un facteur clé dans leur capacité à croître si rapidement. Comprendre ce processus pourrait un jour aider les chercheurs à améliorer le taux de croissance de cultures telles que le blé et le riz.

Dans les études publiées cette semaine dans la revue Cellule , l'équipe dirigée par Princeton a rapporté le premier inventaire détaillé de la machinerie cellulaire - située dans un organite connu sous le nom de pyrénoïde - que les algues utilisent pour collecter et concentrer le dioxyde de carbone. Les chercheurs ont également découvert que le pyrénoïde, longtemps considéré comme une structure solide, se comporte en fait comme une gouttelette liquide qui peut se dissoudre dans le milieu cellulaire environnant lorsque les cellules algales se divisent.

"Comprendre comment les algues peuvent concentrer le dioxyde de carbone est une étape clé vers l'objectif d'améliorer la photosynthèse dans d'autres plantes, " a déclaré Martin Jonikas, professeur assistant de biologie moléculaire à Princeton et responsable des études, qui comprenait des collaborateurs de l'Institut de biochimie Max Planck en Allemagne et de la Carnegie Institution for Science sur le campus de l'Université de Stanford. « Si nous pouvions concevoir d'autres cultures pour concentrer le carbone, nous pourrions répondre à la demande mondiale croissante de nourriture, " dit Jonikas.

Les algues aquatiques et une poignée d'autres plantes ont développé des mécanismes de concentration de carbone qui augmentent le taux de photosynthèse, le processus par lequel les plantes transforment le dioxyde de carbone et la lumière du soleil en sucres pour la croissance. Toutes les plantes utilisent une enzyme appelée Rubisco pour "fixer" le dioxyde de carbone en sucre qui peut être utilisé ou stocké par la plante.

Les algues ont un avantage sur de nombreuses plantes terrestres car elles regroupent les enzymes Rubisco à l'intérieur du pyrénoïde, où les enzymes rencontrent des concentrations élevées de dioxyde de carbone pompé de l'air. Avoir plus de dioxyde de carbone autour permet aux enzymes Rubisco de fonctionner plus rapidement.

Dans la première des deux études publiées cette semaine, les chercheurs ont mené une recherche approfondie des protéines impliquées dans le mécanisme de concentration du carbone d'une espèce d'algue connue sous le nom de Chlamydomonas reinhardtii. En utilisant des techniques développées par les chercheurs pour marquer et évaluer rapidement les protéines d'algues, les chercheurs ont identifié les emplacements et les fonctions de chaque protéine, détaillant les interactions physiques entre les protéines pour créer un "interactome" pyrénoïde.

La recherche a révélé 89 nouvelles protéines pyrénoïdes, y compris ceux qui, selon les chercheurs, introduisent du carbone dans le pyrénoïde et d'autres qui sont nécessaires à la formation du pyrénoïde. Ils ont également identifié trois couches auparavant inconnues du pyrénoïde qui entourent l'organite comme les couches d'un oignon. « Les informations représentent la meilleure évaluation à ce jour de la façon dont cette machinerie essentielle de concentration de carbone est organisée et suggèrent de nouvelles pistes pour explorer son fonctionnement, " dit Luke Mackinder, le premier auteur de l'étude et ancien chercheur postdoctoral à la Carnegie Institution qui dirige maintenant une équipe de chercheurs à l'Université de York, ROYAUME-UNI.