La lumière du soleil est la source d’énergie primaire sur dont dépendent directement ou indirectement tous les organismes pour leurs besoins métaboliques. Malgré les nombreux avantages de l’utilisation d’une source d’énergie abondante et inépuisable, la lumière est néanmoins intrinsèquement variable et intermittente. Afin de survivre, les organismes photosynthétiques doivent constamment adapter leur machinerie moléculaire de capture de la lumière, en particulier par l’induction de mécanismes de quenching non-photochimiques (NPQ). Le contrôle de l’équilibre entre photosynthèse et photoprotection s’effectue chez les plantes supérieures et les algues vertes par une régulation fine des composantes électrique et osmotique de la force proton motrice à travers la membrane des thylacoïdes. L’homéostasie ionique joue donc un rôle majeur dans la régulation de la photosynthèse. La modulation de la composition de la force proton motrice par des échangeurs ioniques est un moyen pour les organismes photosynthétiques de réguler efficacement l’induction du NPQ, c'est-à-dire en minimisant les pertes d’énergie tout en préservant la synthèse d’ATP.

Les diatomées ont un rôle écologique primordial dans les océans, notamment par leur contribution à la mitigation du réchauffement climatique par leur rôle dans la pompe biogéochimique du carbone ou par leur rôle de source de nourriture pour l’ensemble de la vie marine. Nous avons montré chez la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum que le pH des thylacoïdes régule directement l’induction et la relaxation du NPQ. Nous avons ainsi affiné le modèle de la dynamique du NPQ chez P. tricornutum, où le contrôle cinétique du cycle des xanthophylles par le pH joue un rôle prépondérant.

Nous avons identifié l’antiport proton/potassium KEA3 et déterminé qu’il est un régulateur important de la force proton motrice chez les diatomées. Par l’étude de mutants CRISPR-Cas9, nous avons observé que ce transporteur module le pH du lumen et ainsi permet d’adapter la réponse NPQ selon les conditions environnementales. KEA3 convertit la composante ΔpH de la force proton motrice en ΔΨ et de ce fait n’induit aucune perte d’énergie et maintient donc la synthèse d’ATP.