Le phytochrome est un pigment présent dans la plupart des plantes et certaines bactéries qui est utilisé pour surveiller la couleur de la lumière. Les plantes peuvent utiliser ce pigment pour déterminer les photopériodes, quand faire germer les graines, quand fleurir et quand fabriquer du chloroplaste, un produit chimique clé utilisé dans la photosynthèse. La photosynthèse est un processus par lequel les plantes convertissent la lumière du soleil en nourriture. Le phytochrome peut également jouer un rôle déterminant dans le contrôle de la forme et de la taille des feuilles, de la longueur des graines, du nombre de feuilles qui se forment et de la longueur optimale des graines pour tirer le meilleur parti de la lumière à portée de main.
Un pigment est une substance qui modifie la couleur d’un objet en réfléchissant certaines ondes lumineuses et en absorbant sélectivement certaines autres. Par exemple, imaginez que des rayons rouges, jaunes et bleus brillaient sur une balle. Si la balle réfléchit le bleu et absorbe toutes les autres ondes lumineuses, la balle apparaîtra bleue à un observateur. Le phytochrome est un pigment spécial sous deux formes, Pr et Pfr, qui absorbent respectivement la lumière rouge et la lumière rouge lointaine, dégageant une teinte verte à bleue. La lumière rouge et la lumière rouge lointaine sont des sources lumineuses d’énergie et de fréquence relativement faibles, par rapport aux autres ondes lumineuses du spectre électromagnétique.
Le phytochrome est un photorécepteur ou une protéine qui détecte la lumière sur un organisme et déclenche une réponse. Il a à la fois un composant protéique et un composant chromophore, la pièce responsable de l’absorption de la lumière rouge. La molécule commence à absorber de la lumière rouge sous la forme Pr, ce qui fait que le phytochrome subit une modification chimique pour devenir Pfr. Cet état Pfr du phytochrome est l’état actif, ou l’état qui commence les processus de réponse dans la plante, et préfère absorber la lumière rouge lointaine.
Chez les plantes à fleurs, cette méthode de détection de la lumière aide à développer le photopériodisme, ou les réponses au jour et à la nuit. Les plantes peuvent également utiliser le phytochrome pour modifier la forme et la taille des feuilles et pour commencer la synthèse des chloroplastes. Cela garantit que la photosynthèse peut utiliser de manière optimale la lumière disponible. Il est également important de surveiller la lumière afin que les graines puissent pousser avec succès, sans se dessécher ou recevoir trop peu de soleil.
La découverte du phytochrome a commencé avec l’observation du photopériodisme chez les plantes. Les scientifiques ont commencé à remarquer que les plantes réagissaient différemment au jour et à la nuit ; certaines plantes ont modifié les processus pendant des jours plus longs, d’autres ont favorisé la floraison pendant des journées plus courtes et d’autres ont arrêté la floraison si elles étaient exposées à la lumière même pendant quelques minutes pendant la nuit. Dans les années 1930, au Beltsville Agricultural Research Center, le botaniste Sterling Hendricks, la physiologiste Marion Parker et le chimiste Harry Borthwick se sont associés pour enquêter sur ce phénomène.
En 1948, des tests au spectrographe ont indiqué qu’un seul pigment était responsable de la photopériode. En 1952, des tests ont révélé que la germination était arrêtée lorsqu’une plante était exposée à une lumière rouge lointaine et redémarrait lorsqu’elle était exposée à une lumière rouge. En 1959, l’équipe a effectué des tests concluants sur des graines de navet et a nommé le pigment phytochrome.