Des scientifiques résolvent un problème de photosynthèse crucial en stimulant la croissance des cultures de 40 %

Les scientifiques ont corrigé un défaut naturel de la photosynthèse et par conséquent, ont augmenté la productivité des plantes de 40 % par rapport aux espèces sauvages apparentées.

La photosynthèse est la réaction chimique qui permet aux plantes de transformer la lumière du Soleil et le dioxyde de carbone en nourriture, et ce nouveau phénomène pourrait produire suffisamment de calories pour nourrir 200 millions de personnes supplémentaires sur notre planète, à partir du même volume de cultures.

À l’heure actuelle, la solution n’a été appliquée qu’aux plants de tabac, et nous sommes donc loin d’en profiter pour accroître notre approvisionnement alimentaire. Mais c’est un premier pas incroyablement prometteur.

Alors, quel est ce “problème” qui avait besoin d’être fixé ? C’est une étape peu connue de la photosynthèse appelée photorespiration.

“Nous pourrions nourrir jusqu’à 200 millions de personnes supplémentaires avec les calories perdues par la photorespiration dans le Midwest des États-Unis chaque année”, dit le chercheur principal Donald Ort de l’Institut Carl R. Woese de biologie génomique.

“Récupérer ne serait-ce qu’une partie de ces calories à travers le monde contribuerait grandement à répondre à la demande alimentaire du 21ème siècle qui augmente rapidement.”

Pour comprendre ce qui ne va pas, vous devez comprendre un peu le processus désordonné de l’évolution. Selon les mots immortels du Dr Ian Malcolm dans Jurassic Park, un classique de la science-fiction, “La vie trouve un chemin”. Ce qu’il n’a pas dit, c’est que parfois, c’est un gâchis inefficace.

Pour être juste, l’évolution fait ce qu’elle peut dans les circonstances. Comme un étudiant diplômé qui garde un œil sur les vacances d’été, il en fait juste assez pour réussir. Après tout, tout ce qui va plus loin est un effort gaspillé.

Pour de nombreuses plantes, y compris le riz et le soja, lorsqu’il s’agit de photosynthèse, c’est un passage obligé.

L’une des parties les plus maladroites est une étape clé impliquant l’enzyme ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygénase (Rubisco), qui calcule un dioxyde de carbone sur le composé ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP).

Environ 20 % du temps, Rubisco confond l’oxygène avec la molécule de dioxyde de carbone (Fait amusant : Rubisco est largement considéré comme la protéine la plus abondante sur la planète).

Non seulement c’est une occasion manquée, mais le résultat de cette réaction de pépinière est l’acide glycolique et l’ammoniac – deux composés toxiques qui doivent être traités rapidement avant qu’ils ne causent trop de dommages.

Heureusement, les plantes ont mis au point un moyen de se débarrasser de ce poison, appelé photorespiration. Cela ne les dérange pas de consacrer une partie de leur énergie à ce processus de recyclage vital si cela leur permet de survivre.

Mais lorsqu’il s’agit de les cultiver comme source de nourriture, ça les dérange certainement.

“Cela coûte à la plante une énergie et des ressources précieuses qu’elle aurait pu investir dans la photosynthèse pour produire plus de croissance et de rendement”, explique l’auteur principal et biologiste moléculaire Paul South, du Département de l’Agriculture des États-Unis.

Le riz, le blé et le soja souffrent tous de ce besoin d’éliminer les accumulations toxiques. Non seulement il s’agit de trois des quatre cultures sur lesquelles la population mondiale compte pour la plus grande partie de nos calories, mais nous pouvons nous attendre à ce que leur rendement diminue à l’avenir à cause du réchauffement climatique.

“RuBisCO a encore plus de mal à extraire le dioxyde de carbone de l’oxygène à mesure qu’il se réchauffe, ce qui cause plus de photorespiration”, explique Amanda Cavanagh, coauteure de l’Université de l’Illinois.

Au fil des ans, de nombreux efforts ont été déployés pour trouver des moyens de forcer les plantes cultivées à éviter d’avoir à se désintoxiquer.

Nombre d’entre elles ont dû trouver les approches de photorespiration les plus efficaces adoptées par d’autres organismes, y compris diverses algues et bactéries.

Cette dernière initiative s’intitule Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE) et son approche consistait à sélectionner des gènes d’ailleurs et à les tester.

Une poignée provient de la voie d’oxydation de l’acide glycolique de la bactérie E. coli. Une deuxième version utilisait un gène pour la catalase provenant également d’E. coli, et certains pour une glycolate oxydase et une malate synthase provenant de plantes.

Le sujet numéro trois a utilisé un gène de malate synthase de plante et un gène d’algue verte pour la glycolate déshydrogénase.

Ceux-ci ont été utilisés en conjonction avec d’autres modifications génétiques pour trouver la voie la plus éconergétique parmi 17 constructions différentes.

La troisième voie de photorespiration a été celle qui s’est démarquée des autres dans les résultats finaux, l’activité métabolique augmentant de plus de 40 % par rapport aux témoins. Cette énergie gagnée se traduit par des rendements plus élevés.

Reste à voir si ces mêmes gains d’efficacité se traduiront par d’autres cultures, mais les chercheurs y travaillent.

La vie ne trouve pas toujours un moyen. Mais si nous voulons que les aliments arrivent là où ils seront nécessaires à l’avenir, la science devra le faire.

Cette recherche a été publiée dans Science.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche

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