Photobionte

Définition

En physiologie végétale, le photobionte est un composant à faible photosynthèse, le composant photosynthétique d'un lichen. Un photobionte indique que le partenaire est chlorophyllien dans une symbiose, une symbiose lichénique avec un lichen. Les photobiontes des lichens sont des algues vertes ou bleues (cyanobactéries).

Structure d'un lichen avec cortex, hyphes et photobiontes :

Dans cette coupe transversale schématique d'un lichen foliacé, la couche de photobiontes contient des algues vertes photosynthétiques. Le cortex est la couche externe de filaments de champignons étroitement tissés (hyphes). Un cortex inférieur étroitement tissé, avec des hyphes d'ancrage appelés rhizines, permet au champignon de s'attacher au substrat.

Explications

Un lichen est composé en partie d'un champignon (appelé dans son contexte scientifique, son mycobionte) et en partie d'un photobionte, qui peut être une algue ou une cyanobactérie. La couleur verte de certains lichens est due au fait que l'humidité rend la peau de surface (cortex) plus transparente, exposant la couche de photobionte vert.

Les cellules de photobionte sont systématiquement détruites au cours de l'échange d'éléments nutritifs. L'association peut continuer car la reproduction des cellules de photobionte correspond à la vitesse à laquelle elles sont détruites.

Ce sont des algues, le plus souvent des Chlorophycées Trehouxia, et/ou des cyanobactéries Nostoc.

✅ Un lichen est constitué d'un simple organisme photosynthétisant, généralement une algue verte ou une cyanobactérie, entouré des filaments d'un champignon. Généralement, la majeure partie du lichen est constituée de filaments fongiques entrelacés, mais ce n'est pas le cas dans les lichens filamenteux et gélatineux. Le champignon s'appelle un mycobionte. L'organisme photosynthétisant s'appelle un photobionte. Les photobiontes d'algues sont appelés phycobiontes. Les photobiontes des cyanobactéries sont appelées cyanobiontes.

La combinaison de lichen d'algue ou de cyanobactérie avec un champignon présente une forme (morphologie), une physiologie et une biochimie très différentes de celles du composant champignon, algue ou cyanobactérie se développant seul, naturellement ou en culture. Le corps (thalle) de la plupart des lichens est différent de celui du champignon ou de l'algue poussant séparément. Lorsqu'il est cultivé au laboratoire en l'absence de son photobionte, un champignon lichen se développe en tant que masse non structurée et indifférenciée de filaments fongiques (hyphes). Si elle est associée à son photobionte dans des conditions appropriées, sa forme caractéristique associée au photobionte apparaît dans le processus appelé morphogenèse.

✅ Les cellules algales ou cyanobactériennes sont photosynthétiques et, comme chez les plantes, réduisent le dioxyde de carbone atmosphérique en sucres de carbone organiques pour nourrir les deux symbiotes. Les phycobiontes (algues) produisent des alcools de sucre (ribitol, sorbitol et érythritol), qui sont absorbés par le mycobionte (champignon). Les cyanobiontes produisent du glucose. Les cellules fongiques lichénisées peuvent faire en sorte que le photobionte "fuie" les produits de la photosynthèse, où ils peuvent ensuite être absorbés par le champignon.

Photobiontes de lichen

Les champignons sont hétérotrophes, ce qui signifie que, comme les animaux, ils ont besoin d'une source de carbone pour survivre. Les champignons lichens partagent une stratégie écologique commune consistant à héberger une population interne de cellules photosynthétiques, à partir desquelles ils obtiennent leur source de carbone sous forme de sucres simples. Ces cellules photosynthétiques peuvent être soit des algues vertes (Chlorophyta) soit des cyanobactéries ou parfois les deux, auquel cas les cyanobactéries sont localisées dans des zones distinctes du thalle. Comme les partenaires photosynthétiques proviennent de parties divergentes de l'arbre de vie (plantes vertes vs bactéries), le terme photobionte est utilisé comme terme collectif pour l'un d'eux. La majorité des lichens ont des photobiontes d'algues vertes, avec seulement environ 10 % contenant des cyanobactéries.

Le rôle du photobionte chez les lichens est clair : fournir du carbone sous forme de sucres simples. Ces sucres sont utilisés par les champignons pour maintenir leurs fonctions physiologiques, se développer et se reproduire. Cependant, dans le cas des lichens contenant à la fois des algues vertes et des cyanobactéries, le lichen reçoit un apport nutritif supplémentaire des cyanobactéries sous forme d'azote fixé. Bien que les lichens puissent probablement accéder directement à l'azote inorganique de l'atmosphère, il peut s'agir d'un nutriment limitant, donc avoir une source interne peut être un avantage, en particulier dans les environnements fortement lessivés. Les champignons lichens peuvent capter une très forte proportion du carbone fixé par leurs symbiotes, l'assimiler immédiatement et le transformer en molécules inadaptées à l'usage des photobiontes.

Seulement environ 100 espèces de photobiontes sont communément trouvées dans tous les lichens connus, représentant 4 genres principaux. La grande majorité des photobiontes appartiennent au genre Trebouxia, suivi de Trentopohlia (Chlorophyta), Nostoc et Scytonema (les deux cyanobactéries). La plupart des photobiontes d'algues vertes sont des formes vertes unicellulaires, mais de petits types coloniaux et des algues filamenteuses sont également présents. Dans le thalle du lichen, la plupart des photobiontes ont une morphologie différente de celle qu'ils auraient lorsqu'ils sont cultivés isolément, de sorte que peu de photobiontes peuvent être identifiés de manière fiable à l'aide de méthodes microscopiques traditionnelles. Au lieu de cela, il est préférable de s'appuyer sur des études de culture, et plus souvent, sur des méthodes moléculaires, car de nombreuses souches différentes ont une morphologie très similaire. Les lichens gélatineux sont une exception, où la structure en chaîne de perles de Nostoc est très claire au microscope.

Des études récentes sur les lichens d'algues vertes ont montré que les champignons lichens peuvent s'associer à différents photobiontes, et ces "choix" en association interviennent en fonction de leurs besoins écologiques. Par exemple, la même espèce fongique utilisera différents photobiontes dans différents contextes écologiques, même dans des zones géographiques similaires. Certains lichens individuels contiennent même plus d'une seule souche de photobionte, une situation qui a été mieux explorée dans d'autres systèmes symbiotiques. Chez les coraux et autres organismes des récifs marins, les animaux peuvent réguler les populations de leurs différents photobiontes afin de maximiser la production photosynthétique en fonction des variations environnementales. Les plantes sont également connues pour réguler leurs symbiotes nutritionnels.

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