La couleur verte des plantes est influencée par la qualité de la lumière, en particulier le rapport entre la lumière rouge et le rouge lointain (R:FR). La lumière rouge est essentielle à la photosynthèse, tandis que la lumière rouge lointain peut signaler l'ombre ou la concurrence des plantes voisines. En réponse aux changements du rapport R:FR, les plantes peuvent ajuster leur production de chlorophylle et la morphologie de leurs feuilles pour optimiser la capture de la lumière et l'efficacité photosynthétique.
1. Régulation médiée par les phytochromes :
- Phytochromes :Les plantes détectent les changements dans le rapport R:FR principalement grâce à des photorécepteurs spécialisés appelés phytochromes. Les phytochromes existent sous deux formes interconvertibles :Pr (forme absorbant la lumière rouge) et Pfr (forme absorbant la lumière rouge lointain).
- Réponse à la lumière rouge :lorsqu'il est exposé à la lumière rouge, Pr est converti en Pfr, ce qui déclenche les voies de signalisation en aval. Cette réponse est connue sous le nom de « réponse R:FR faible ». Dans des conditions R:FR élevées (indiquant la lumière directe du soleil), les plantes accumulent des niveaux élevés de Pfr, ce qui entraîne une synthèse accrue de chlorophylle et une capacité photosynthétique améliorée.
- Réponse à la lumière rouge lointain :En revanche, lorsqu'elle est exposée à une lumière rouge lointain ou dans des conditions R:FR faibles (indiquant l'ombre ou la compétition), la forme Pfr du phytochrome se reconvertit rapidement en Pr. Cette « réponse R:FR élevée » entraîne une production réduite de chlorophylle et une diminution de l'activité photosynthétique.
2. Régulation transcriptionnelle :
- Expression génique :Les changements dans la production de chlorophylle sont principalement régulés au niveau transcriptionnel. Les phytochromes et autres composants de signalisation lumineuse influencent l'expression de gènes codant pour les enzymes de biosynthèse de la chlorophylle et les protéines de liaison à la chlorophylle.
- Facteurs de transcription :Des facteurs de transcription spécifiques, régulés par des signaux lumineux, contrôlent l'expression de ces gènes. Par exemple, le facteur de transcription HY5 (ELONGATED HYPOCOTYL 5) est un régulateur clé de la biosynthèse de la chlorophylle et est induit par de faibles conditions R:FR.
3. Dégradation et renouvellement de la chlorophylle :
- Dégradation de la chlorophylle :En plus de réguler la synthèse de la chlorophylle, les plantes contrôlent également la dégradation et le renouvellement des molécules de chlorophylle. Dans des conditions R:FR faibles, la dégradation de la chlorophylle est accélérée, entraînant une diminution de la verdure globale de la plante.
- Enzymes chlorophyllases :Les enzymes chlorophyllases jouent un rôle crucial dans la dégradation de la chlorophylle en catalysant la dégradation des molécules de chlorophylle en produits de dégradation incolores.
En ajustant avec précision leur verdure et leur teneur en chlorophylle en réponse à la qualité de la lumière, les plantes peuvent optimiser leurs performances photosynthétiques et s'adapter aux différents environnements lumineux. Cette régulation dynamique permet aux plantes de maximiser la capture de la lumière, d’équilibrer les besoins énergétiques et de minimiser le gaspillage d’énergie dans différentes niches écologiques.
