Les scientifiques ont révélé des changements structurels complexes dans les plantes, champignons et bactéries en réponse à la lumière, selon une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans la revue en libre accès eLife .

Les résultats fournissent de nouvelles informations sur la fonction des molécules de protéines appelées phytochromes qui sont présentes dans ces trois types d'organismes. Les résultats pourraient conduire à des outils qui contrôlent la fonction des phytochromes pour obtenir des modèles de croissance plus efficaces chez les plantes et les cultures.

Les plantes s'adaptent constamment aux changements de lumière et contrôlent leurs schémas de croissance en fonction de la disponibilité de la lumière. Ils y parviennent grâce aux phytochromes, l'origine de la détection de la lumière dans toute la végétation sur Terre. Les phytochromes peuvent adopter deux formes différentes selon la lumière disponible. Pour réaliser ce changement de forme, une cascade de signaux se produit à partir du chromophore, le point du phytochrome où la lumière est absorbée.

« Le phytochrome permet aux organismes de distinguer deux couleurs de lumière, donner des plantes, Champignons et bactéries vision bicolore primitive, " explique l'auteur principal Elin Claesson, doctorant à l'Université de Göteborg, Suède. "La clé de sa fonction est la réponse initiale à la lumière, où le signal lumineux est traduit en changements structurels en une fraction de seconde. Les mécanismes qui permettent cette traduction sont mal compris, parce que la technologie pour étudier les phytochromes immédiatement après que la lumière les ait atteints n'était pas disponible auparavant."

Pour combler cette lacune, l'équipe dirigée par Sebastian Westenhoff, Professeur au Département de chimie et biologie moléculaire, Université de Göteborg, et Marius Schmidt, Professeur au Département de Physique, Université du Wisconsin-Milwaukee, NOUS, utilisé un nouveau laser à rayons X qui peut capturer des images de protéines à un niveau atomique toutes les 10 femtosecondes (un quadrillionième de seconde). Cela leur a permis de révéler le mouvement de chaque composant atomique de la protéine phytochrome et de reconstituer la cascade d'événements qui déclenche la croissance en réponse à la lumière.

L'équipe a découvert des réarrangements étonnamment importants du chromophore et de ses structures protéiques environnantes immédiatement après l'absorption de la lumière. Ils ont observé la torsion d'une partie du chromophore appelée l'anneau en D, ce qui à son tour provoque le déplacement des anneaux voisins ainsi que des changements d'atomes autour du chromophore. Étonnamment, ils ont également découvert la libération d'une molécule d'eau, appelée eau de pyrrole, qui se trouve au même endroit dans les phytochromes de tous les organismes.

"Ces résultats démontrent que la réponse initiale à la lumière est hautement collective et que de nombreuses parties du chromophore et de la protéine phytochrome jouent un rôle important, " conclut l'auteur principal Sebastian Westenhoff. "Notre étude confirme un modèle de travail antérieur du mouvement de torsion de l'anneau en D et suggère que la molécule d'eau de pyrrole est également importante dans ce processus. Nous proposons que les deux événements chimiques fonctionnent ensemble permettant aux protéines phytochromes de traduire la lumière en signaux structuraux, guider la croissance et le développement des plantes, des champignons et des bactéries sur Terre."