Une petite plante pourrait révolutionner la photosynthèse des cultures
Des chercheurs ont récemment découvert une méthode innovante utilisée par une plante rare, le hornwort, qui pourrait bientôt permettre aux cultures agricoles d’optimiser leur capacité à transformer la lumière du soleil en nourriture.
Une équipe internationale, composée de scientifiques de l’institut Boyce Thompson (BTI), de l’Université Cornell et de l’Université d’Édimbourg, a mis au jour une stratégie moléculaire inédite adoptée par ce groupe de plantes. Cette avancée pourrait être appliquée à des cultures essentielles comme le blé et le riz, améliorant ainsi leur efficacité dans le processus de photosynthèse.
Le défi de la photosynthèse et le rôle de Rubisco
Au cœur de la photosynthèse se trouve Rubisco, une enzyme cruciale qui capte le dioxyde de carbone. Bien qu’essentielle à la vie, cette enzyme est souvent inefficace. Elle agit parfois avec l’oxygène au lieu du dioxyde de carbone, ce qui entraîne un gaspillage d’énergie et une productivité réduite des plantes.
Fay-Wei Li, professeur associé au BTI et co-auteur de l’étude, souligne que “Rubisco est potentiellement l’enzyme la plus importante sur terre, car elle est la porte d’entrée pour presque tout le carbone dans notre alimentation.” Cependant, son rôle est limité par sa lenteur et sa tendance à se “faire distraire” par l’oxygène.
Certaines algues ont développé des méthodes pour contourner cette limite en plaçant Rubisco dans des structures internes appelées pyrenoïdes, permettant ainsi de concentrer le dioxyde de carbone autour de l’enzyme pour une action plus efficace. Cependant, tenter de transférer de telles structures d’algues vers des cultures terrestres s’est avéré complexe.
Une découverte prometteuse chez les hornworts
Les hornworts sont uniques, car ils possèdent des compartiments qui concentrent le dioxyde de carbone, similaires à ceux des algues. Étant plus étroitement apparentés aux plantes cultivées, ces hornworts pourraient offrir des mécanismes biologiques plus accessibles pour l’adaptation aux cultures.
L’équipe de recherche a fait une révélation inattendue : au lieu d’utiliser une protéine distincte pour regrouper Rubisco, les hornworts modifient directement Rubisco lui-même. Tanner Robison, étudiant diplômé et co-auteur de l’étude, indique : “Nous avons découvert qu’ils ont modifié Rubisco pour réaliser cette tâche.”
La « Velcro moléculaire » RbcS-STAR
L’équipe a identifié une protéine unique nommée RbcS-STAR. Dans les hornworts, cette protéine se joint à la petite partie de Rubisco et crée une sorte de “Velcro moléculaire” qui force les molécules de Rubisco à se regrouper.
Pour tester cette capacité, les scientifiques ont introduit RbcS-STAR dans une espèce de hornwort semblable qui ne forme pas de pyrenoïdes. Cela a permis à Rubisco de se regrouper en structures concentrées, semblables à des pyrenoïdes.
Les chercheurs ont ensuite appliqué cette méthode à une plante modèle, Arabidopsis. Une fois encore, ce regroupement a été observé dans les chloroplastes, démontrant que STAR pourrait être la clé de ce processus. Alistair McCormick, professeur à l’Université d’Édimbourg, a précisé que STAR est un outil modulaire pouvant s’appliquer à différents systèmes végétaux.
Vers des cultures plus efficaces
Cette découverte offre des perspectives enthousiasmantes pour l’agriculture. Elle suggère qu’il serait possible de déclencher le regroupement de Rubisco dans les plantes agricoles en ajoutant un seul composant universel, plutôt que de devoir recréer un système complexe.
Cependant, plusieurs défis subsistent. En plus de rassembler Rubisco, il est également crucial d’assurer une livraison efficace de dioxyde de carbone à l’enzyme.
Laura Gunn, professeure adjointe à l’Université Cornell, souligne que même si l’équipe a créé un environnement favorable à Rubisco, il faut optimiser d’autres aspects pour garantir son efficacité. Ils travaillent actuellement à résoudre ce problème.
Des rendements plus élevés à portée de main
Bien que certains défis persistent, cette avancée constitue un pas décisif vers l’amélioration des rendements des cultures. Améliorer légèrement le processus de photosynthèse pourrait augmenter les rendements agricoles et réduire l’impact environnemental de l’agriculture. Ce progrès est d’autant plus essentiel que la demande mondiale en nourriture croît continuellement.
« Cette recherche prouve que la nature a déjà testé des solutions dont nous pouvons nous inspirer », conclut Fay-Wei Li. « Notre mission est de bien comprendre ces solutions pour les appliquer là où elles sont le plus nécessaires, principalement dans les cultures qui nourrissent le monde. »
FAQ
Quel est le rôle de Rubisco dans les plantes ?
Rubisco est l’enzyme clé qui capte le dioxyde de carbone pour la photosynthèse, un processus fondamental pour la production d’énergie chez les plantes.
Comment les hornworts se distinguent-ils des autres plantes terrestres ?
Les hornworts possèdent des compartiments qui concentrent le dioxyde de carbone, ce qui leur permet de photosynthétiser plus efficacement, une caractéristique rare parmi les plantes terrestres.
Quels sont les défis associés à l’adaptation de RbcS-STAR aux cultures ?
Bien que RbcS-STAR puisse améliorer le regroupement de Rubisco, il faudra également trouver des moyens efficaces pour livrer suffisamment de dioxyde de carbone à l’enzyme dans les cultures.
Y a-t-il d’autres pistes de recherche similaires ?
Oui, les scientifiques continuent d’explorer d’autres mécanismes naturels qui pourraient améliorer la photosynthèse et l’efficacité des cultures, en s’inspirant de la biodiversité des plantes.
Pourquoi est-il urgent d’améliorer les rendements des crops ?
Avec l’augmentation de la population mondiale et la demande accrue en ressources alimentaires, améliorer l’efficacité des cultures est essentiel pour assurer la sécurité alimentaire et réduire l’impact environnemental de l’agriculture.
