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30.7B : Le système phytochrome et la réponse à la lumière rouge - Biologie

30.7B : Le système phytochrome et la réponse à la lumière rouge - Biologie


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OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

  • Expliquer la réponse du système phytochrome à la lumière rouge/rouge lointain

Les phytochromes sont une famille de chromoprotéines avec un chromophore tétrapyrrole linéaire, similaire au groupe de tête absorbant la lumière tétrapyrrole annelé de la chlorophylle. Les phytochromes ont deux formes photo-interconvertibles : Pr et Pfr. Pr absorbe la lumière rouge (~667 nm) et est immédiatement converti en Pfr. Pfr absorbe la lumière rouge lointain (~730 nm) et est rapidement reconverti en Pr. L'absorption de la lumière rouge ou rouge lointain provoque un changement massif de la forme du chromophore, altérant la conformation et l'activité de la protéine phytochrome à laquelle il est lié. Pfr est la forme physiologiquement active de la protéine; l'exposition à la lumière rouge donne une activité physiologique à la plante. L'exposition à la lumière rouge lointaine convertit le Pfr en la forme Pr inactive, inhibant l'activité des phytochromes. Ensemble, les deux formes représentent le système phytochrome.

Le système phytochrome agit comme un interrupteur de lumière biologique. Il surveille le niveau, l'intensité, la durée et la couleur de la lumière ambiante. L'effet de la lumière rouge est réversible en projetant immédiatement une lumière rouge lointaine sur l'échantillon, ce qui convertit la chromoprotéine en la forme Pr inactive. De plus, Pfr peut lentement revenir à Pr dans l'obscurité ou se décomposer avec le temps. Dans tous les cas, la réponse physiologique induite par la lumière rouge est inversée. La forme active du phytochrome (Pfr) peut activer directement d'autres molécules dans le cytoplasme, ou elle peut être acheminée vers le noyau, où elle active ou réprime directement l'expression d'un gène spécifique.

Le système phytochrome et la croissance

Les plantes utilisent le système phytochrome pour s'éloigner de l'ombre et se diriger vers la lumière. La pleine lumière du soleil non filtrée contient beaucoup plus de lumière rouge que la lumière rouge lointaine. Toute plante à l'ombre d'une autre plante sera exposée à une lumière appauvrie en rouge, enrichie en rouge lointain, car l'autre plante a absorbé la majeure partie de l'autre lumière rouge. L'exposition à la lumière rouge convertit le phytochrome des feuilles ombragées en la forme Pr (inactive), ce qui ralentit la croissance. Les feuilles en plein soleil sont exposées à la lumière rouge et ont Pfr activé, ce qui induit une croissance vers les zones ensoleillées. Parce que la compétition pour la lumière est si féroce dans une communauté végétale dense, les plantes qui pouvaient pousser vers la lumière le plus rapidement et le plus efficacement sont devenues les plus performantes.

Le système phytochrome dans les graines

Dans les graines, le système phytochrome est utilisé pour déterminer la présence ou l'absence de lumière, plutôt que la qualité. Ceci est particulièrement important chez les espèces avec de très petites graines et, par conséquent, des réserves alimentaires. Par exemple, si des semis de laitue germaient à un centimètre sous la surface du sol, le semis épuiserait ses ressources alimentaires et mourrait avant d'atteindre la surface. Une graine ne germera que si elle est exposée à la lumière à la surface du sol, provoquant la conversion de Pr en Pfr, signalant le début de la germination. Dans l'obscurité, le phytochrome est sous la forme Pr inactive, donc la graine ne germera pas.

Photopériodisme

Les plantes utilisent également le système phytochrome pour ajuster leur croissance en fonction des saisons. Le photopériodisme est une réponse biologique au moment et à la durée des périodes d'obscurité et de lumière. Étant donné que la lumière du soleil non filtrée est riche en lumière rouge, mais déficiente en lumière rouge lointaine, à l'aube, toutes les molécules de phytochrome d'une feuille se transforment en la forme Pfr active et restent sous cette forme jusqu'au coucher du soleil. Étant donné que Pfr redevient Pr pendant l'obscurité, il n'y aura plus de Pfr au lever du soleil si la nuit est longue (hiver) et un peu de Pfr reste si la nuit est courte (été). La quantité de Pfr présente stimule la floraison, la nouaison des bourgeons d'hiver et la croissance végétative selon les saisons.

De plus, le système phytochrome permet aux plantes de comparer la durée des périodes d'obscurité sur plusieurs jours. Les nuits raccourcies indiquent le printemps à la plante; les nuits qui s'allongent indiquent l'automne. Ces informations, ainsi que la détection de la température et de la disponibilité de l'eau, permettent aux plantes de déterminer la période de l'année et d'ajuster leur physiologie en conséquence. Les plantes de jours courts (nuits longues) utilisent cette information pour fleurir à la fin de l'été et au début de l'automne lorsque les nuits dépassent une durée critique (souvent huit heures ou moins). Les plantes de jours longs (nuits courtes) fleurissent au printemps lorsque l'obscurité est inférieure à une durée critique (souvent de 8 à 15 heures). Cependant, les plantes à jour neutre ne régulent pas la floraison par la durée du jour. Toutes les plantes n'utilisent pas le système phytochrome pour ajuster leurs réponses physiologiques aux saisons.

Points clés

  • L'exposition à la lumière rouge convertit la chromoprotéine en la forme fonctionnelle et active (Pfr), tandis que l'obscurité ou l'exposition à la lumière rouge lointaine convertit le chromophore en la forme inactive (Pr).
  • Les plantes poussent vers la lumière du soleil parce que la lumière rouge du soleil convertit la chromoprotéine en forme active (Pfr), qui déclenche la croissance des plantes ; les plantes à l'ombre ralentissent leur croissance car la forme inactive (Pr) est produite.
  • Si les graines détectent la lumière à l'aide du système phytochrome, elles germeront.
  • Les plantes régulent le photopériodisme en mesurant le rapport Pfr/Pr à l'aube, ce qui stimule ensuite les processus physiologiques tels que la floraison, la formation des bourgeons d'hiver et la croissance végétative.

Mots clés

  • phytochrome: tout d'une classe de pigments qui contrôlent la plupart des réponses photomorphogènes chez les plantes supérieures
  • chromophore: le groupe d'atomes d'une molécule dans lequel se situe la transition électronique responsable d'une bande spectrale donnée
  • photopériodisme: la croissance, le développement et les autres réponses des plantes et des animaux en fonction de la durée du jour et/ou de la nuit



Commentaires:

  1. Dairamar

    Je confirme. C'était avec moi aussi. Discutons de cette question. Ici ou à PM.

  2. Mu'adh

    Vous avez rapidement répondu ...



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