Dans une étude publiée en juin 2025, l’identification d’une protéine chez les microalgues a permis de montrer que les processus de photosynthèse et de photorespiration pouvaient agir ensemble. Cette découverte, importante pour la compréhension des mécanismes fondamentaux de la biologie végétale, contribuera également à améliorer les modélisations climatiques et ouvre des perspectives en bioéconomie.
La photosynthèse est un processus biologique essentiel à la vie sur notre planète. C’est le mécanisme par lequel les végétaux (et certaines bactéries) absorbent le CO2 et l’eau (H2O) pour générer, grâce à l’énergie solaire, des glucides, nécessaires à leur croissance, et du dioxygène (O2), qu’ils dégagent dans l’atmosphère.
Un autre mécanisme avait été identifié ultérieurement : la photorespiration. Il se produit lorsque l’enzyme RuBisCO, qui fixe habituellement le CO2 pour la photosynthèse, privilégie l’O2. Ceci s’observe généralement lorsque la plante est soumise à de fortes températures et dans un environnement aux concentrations en O2 élevées. Il est généralement vu comme contre-productif, car il freine la photosynthèse ; certaines études y voient cependant par là un moyen de défense de la plante lorsque la photosynthèse est trop intense.
À première vue, ces deux mécanismes semblent donc opposés et ne pas pouvoir agir de concert. Une récente étude, réalisée par une équipe de scientifiques du CEA, du CNRS et de l’Institut des biosciences et des biotechnologies d’Aix-Marseille (BIAM), prouve le contraire en découvrant qu’il peuvent fonctionner de pair chez une espèce de microalgues, aussi appelées phytoplanctons.
Une protéine régulatrice
Les microalgues, au même titre que les forêts, participent grandement à la régulation du climat en absorbant le CO2. On estime qu’elles peuvent capter annuellement près de la moitié du dioxyde de carbone atmosphérique pénétrant dans les écosystèmes. Il y a plusieurs millions d’années, les concentrations en CO2 dans l’atmosphère ont pu être bien inférieures à celles de notre époque. Ces végétaux ont alors développé un mécanisme de concentration du dioxyde de carbone, appelé CCM, pour réussir leur photosynthèse dans ces conditions rudes.
Au sein des chloroplastes, véritables théâtres de la photosynthèse, les biologistes de l’étude ont détecté la présence d’une protéine nommée LCI20 pour « Low-CO2 Inducible 20 ». Cet élément agit en fait comme un transporteur, en évacuant les sous-produits toxiques issus de la photorespiration, comme le glycolate, pour éviter leur accumulation. La protéine contribue par ailleurs au maintien du mécanisme de concentration du CO2 et équilibre ainsi le métabolisme des végétaux marins. C’est donc fondamentalement cette protéine qui permet aux microalgues de s’adapter à un environnement stressant très pauvre en CO2.
Contrairement à ce qui avait été admis jusqu’à présent, un processus métabolique ne semble donc finalement pas « désactiver » l’autre : ils peuvent fonctionner de manière complémentaire. « Ce dialogue entre photosynthèse et photorespiration démontre la capacité des microalgues à s’adapter finement à leur environnement. C’est une stratégie d’acclimatation bien plus complexe que ce que nous imaginions. », commentent les chercheurs.
Quelles conséquences ?
En définitive, cette étude remet en question les acquis de la biologie végétale. En fournissant une meilleure compréhension du cycle du carbone dans les océans. De plus, ces découvertes favoriseront une modélisation plus juste du climat global, en y intégrant pleinement la contribution des microalgues.
Ces résultats profiteront également au domaine de la bioéconomie. La productivité des microalgues cultivées en bioréacteurs pourrait ainsi être améliorée pour fournir de meilleurs rendements de production de biomasse ou de composés d’intérêt (biocarburants, protéines, molécules pharmaceutiques) •
Rédigé par François Terminet.
Image : Microalgues
