Aperçu schématique du mécanisme moléculaire liant la lumière et le développement des chloroplastes (créé par Daria Chrobok) :lorsque la lumière est reçue pour la première fois par la cellule, les étioplastes (en haut à gauche) se transforment en chloroplastes (en haut à droite). Le photosystème II (PSII) commence à utiliser l'énergie lumineuse pour diviser l'eau. Les électrons libérés sont transférés sur la chaîne de transport d'électrons constituée de plastoquinone (PG), du cytochrome b (Cyt b6f) et de la plastocyanine (PC) au photosystème I (PSI). Du PSI, les électrons sont transférés en plusieurs étapes vers la thiorédoxine qui s'oxyde, puis transfère les électrons vers PRIN2. PRIN2 peut maintenant activer PEP et PEP active l'expression des gènes liés à la photosynthèse. Crédit :Université d'Umea
Il a longtemps été supposé que la lumière active l'expression des gènes chloroplastiques via ce qu'on appelle la régulation redox à médiation thiol. Cependant, le mécanisme à l'origine de cette réglementation est resté jusqu'à présent insaisissable. Åsa Strand et son groupe du Umeå Plant Science Center ont maintenant identifié les composants impliqués dans ce mécanisme de régulation redox. Leurs résultats sont publiés dans la revue Communication Nature .
Le chloroplaste est l'endroit de la cellule où se produit la photosynthèse. Lorsqu'une plantule sort du sol, il vire progressivement au vert, et pendant ce processus de verdissement, la machinerie photosynthétique dans les chloroplastes se développe et devient pleinement fonctionnelle. L'établissement de la photosynthèse est un processus compliqué qui implique l'activation de l'expression des gènes dans le chloroplaste en réponse à la lumière. Åsa Strand et son groupe ont identifié un composant qui relie le signal lumineux à l'activation de l'expression génique dans le chloroplaste.
Il a été démontré que certaines protéines, appelées thiorédoxines, transférer des électrons, principalement dérivé de la lumière, à la protéine PRIN2 (PLASTID REDOX INSENSITIVE2). PRIN2 se réduit et change sa structure d'un dimère (c'est-à-dire que deux protéines PRIN2 sont liées ensemble) à un monomère (protéines simples). Les monomères PRIN2 activent alors l'expression des gènes photosynthétiques dans le chloroplaste. Ce type de régulation est appelé régulation redox à médiation thiol car le groupe chimique fonctionnel qui médie le transfert d'électrons est le groupe thiol contenant du soufre.
"Nous avons identifié PRIN2 il y a plusieurs années. Nous savions qu'il était sensible aux changements redox et qu'il était nécessaire à l'expression normale des gènes dans le chloroplaste", explique Åsa Strand. "Nous avons maintenant montré que PRIN2 est régulé par la lumière via les thiorédoxines et qu'il active ensuite un complexe protéique appelé PEP. Ce complexe protéique est responsable de l'expression des gènes liés à la photosynthèse dans le chloroplaste."
Le complexe protéique PEP (plastid-encoded RNA polymérase) lit les informations stockées dans l'ADN du génome chloroplastique et les copie dans l'ARN (acide ribonucléique). L'ARN sert alors de matrice pour traduire les informations stockées dans l'ADN en protéines. La PEP est un grand complexe protéique qui a besoin de plusieurs protéines associées pour acquérir sa pleine fonction. L'une de ces protéines associées est PRIN2.
Les protéines nécessaires à une machinerie photosynthétique pleinement fonctionnelle sont en partie codées dans le noyau et en partie dans le génome chloroplastique d'une cellule. Ainsi, une certaine forme de communication entre les deux compartiments cellulaires est nécessaire pour s'assurer que tous les composants sont disponibles au bon moment pendant le développement des plantules. PRIN2 joue un rôle essentiel dans la communication entre les deux compartiments car le statut du complexe PEP relie l'état fonctionnel du chloroplaste au noyau, permettant à la plante de synchroniser l'expression des gènes photosynthétiques des génomes nucléaire et chloroplastique pendant le développement des plantules.
