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Résultat scientifique

Adaptation

Lumière sur le cycle cellulaire de la bactérie du désert Ramlibacter tataouinensis


​Un mécanisme original d’adaptation à la vie dans le désert vient d’être mis en évidence chez la bactérie Ramlibacter tataouinensis. Cette bactérie non photosynthétique possède des photorécepteurs qui contrôlent une phase de division cellulaire sous une lumière rouge émise au lever du soleil, juste avant la disparition de l’eau de rosée. Cette étude, publiée dans la revue Scientific Reports, fournit les premières preuves d'une stratégie basée sur la lumière pour contrecarrer la pénurie d'eau dans un environnement désertique.

Publié le 21 novembre 2019

Dans le cadre d'une collaboration avec l’Université de Madison (Wisconsin), les chercheurs ont étudié l’effet de la lumière sur la bactérie du désert Ramlibacter tataouinensis, bétaprotéobactérie non-photosynthétique isolée du sable de surface du semi-désert de Tataouine (Tunisie). Cette bactérie possède un cycle cellulaire original et complexe incluant une division cellulaire à la fois sous forme de kystes et de bâtonnets, et le gène kaiC codant une ATPase, responsable chez certaines bactéries photosynthétiques d’un mécanisme d’horloge moléculaire interne leur permettant d’anticiper physiologiquement l’arrivée du jour et de la nuit (cycle circadien). Ils ont mis en évidence qu’une lumière bleue de faible intensité inhibait fortement sa division, alors qu’une faible lumière rouge favorisait une multiplication rapide sous forme de bâtonnets. Deux photorécepteurs (bactériophytochromes) présents chez R. tataouinensis sont impliqués dans cette régulation du cycle cellulaire en contrôlant la phase de division sous forme de bâtonnets. Leurs propriétés optiques particulières et leur voie de signalisation constituent une stratégie qui permet d’élargir considérablement leur efficacité sous lumière rouge (550-800 nm). Cette lumière rouge observable au lever du soleil, précédée par la formation de rosée en fin de nuit, permettrait la dissémination rapide des bâtonnets avant la disparition de l’eau en surface du sable. En complément du système de régulation interne que constitue le rythme circadien, la lumière rouge agirait comme un système de régulation externe.

Les chercheurs ont étudié le rôle et les propriétés photochimiques des deux bactériophytochromes présents chez R. tataouinensis. Ces bactériophytochromes sont des photorécepteurs très semblables aux phytochromes des plantes supérieures, mais leurs propriétés spectrales varient beaucoup plus. Ils sont présents dans un grand nombre de bactéries mais leur rôle physiologique reste inconnu pour la grande majorité des bactéries chimiotrophes. En raison de la forte corrélation entre la lumière (du soleil) et la dessiccation, l’objectif était d’évaluer dans quelle mesure et selon quels mécanismes la lumière, absorbée par les bactériophytochromes, pouvait permettre à cette bactérie de s’adapter à la disparition de l’eau en surface du sable consécutive au lever du soleil.

En combinant des techniques biochimiques, biophysiques et génétiques, les chercheurs ont démontré que les deux bactériophytochromes de R. tataouinensis agissent comme des détecteurs de la lumière rouge grâce à leurs propriétés optiques particulières. Les phénotypes de souche sauvage et de divers mutants démontrent que ces deux bactériophytochromes contrôlent le cycle cellulaire en initiant la division des bâtonnets sous lumière rouge.

Dans des conditions naturelles, ce mécanisme de signalisation pourrait favoriser une division cellulaire rapide au lever du soleil après la formation de rosée en fin de nuit et avant le début progressif de la dessiccation. Cette étude fournit les premières preuves d'une stratégie basée sur la lumière qui a évolué chez une bactérie non-photosynthétique pour contrecarrer la pénurie d'eau dans un environnement désertique.

© Gilles De Luca, André Verméglio & Thierry Heulin
Figure : Schéma hypothétique de l'effet de la lumière sur le cycle cellulaire de Ramlibacter tataouinensis : Il comprend le cycle de différenciation « kyste-bâtonnet-kyste » (cycle KBK), les divisions « kyste-kyste » et « bâtonnet-bâtonnet », et la répression de la division des bâtonnets due à la phosphorylation des bactériophytochromes BphP1 et BphP2 à l’obscurité.

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