Les premiers pas hésitants du riz C4 vers la réalité

Les premiers pas hésitants du riz C4 vers la réalité

Une collaboration internationale de recherche à long terme, visant à créer des variétés de riz à haut rendement et utilisant efficacement l'eau, a permis d'installer avec succès une partie de la machinerie de la photosynthèse du maïs dans le riz.

Le riz, l'une des principales denrées alimentaires de base dans le monde, utilise la voie de la photosynthèse en C3, moins efficace. Les scientifiques prédisent que l'introduction des caractères de la photosynthèse en C4 plus efficace dans le riz peut potentiellement augmenter l'efficacité de la photosynthèse de cinquante pour cent, améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'azote et doubler l'efficacité de l'utilisation de l'eau.

« Nous avons assemblé cinq gènes du maïs qui codent pour cinq enzymes de la voie de photosynthèse en C4 en une seule construction génétique et l'avons installée dans des plantes de riz », a déclaré l'auteur principal, la Dre Maria Ermakova, qui travaille à l'Université Nationale Australienne (ANU), dans le cadre du projet international sur le riz C4, dirigé par l'Université d'Oxford.

« Bien que l'introduction de tous les gènes nécessaires à la fabrication du riz C4 soit encore lointaine, c'est le premier article dans lequel nous avons assemblé une biochimie fonctionnelle du C4 dans le riz, ce qui est très enthousiasmant », a déclaré la Dre Ermakova, du Centre d'Excellence de l'ARC pour la Photosynthèse Translationnelle (CoETP).

Le professeur Robert Furbank, la Dre Maria Ermakova et la Dre Florence Danila avec du riz dans la serre

Grâce à la biologie synthétique, les scientifiques peuvent introduire plusieurs gènes en même temps, obtenir une plante en un an seulement et fabriquer des prototypes pour reconfigurer leurs « constructions » très rapidement, en quelques mois seulement. En revanche, l'ancienne approche, qui consistait à insérer un seul gène à chaque fois, peut prendre plusieurs années.

« Pour moi, l'aspect le plus important de cet article est que nous avons maîtrisé la technologie qui nous aidera dans notre cheminement vers le riz C4 et nous pouvons maintenant passer à la phase suivante à une vitesse plus élevée que jamais », a déclaré la directrice adjointe du CoETP, la professeure Susanne von Caemmerer, l'un des co-auteurs de cette étude.

En utilisant le même type de technique que celle utilisée par Hal Hatch en 1966 lors de la découverte du cycle en C4, l'équipe de chercheurs de l'Institut Max Planck a pu suivre le CO₂ marqué dans son cheminement le long du cycle.

« C'est un autre résultat clé, car nous avons pu prouver que le dioxyde de carbone est fixé en utilisant la voie en C4. En d'autres termes, nous avons obtenu l'expression des gènes, mais nous avons également obtenu que les enzymes impliquées soient actives et fonctionnent dans la plante dans les bonnes cellules », explique la professeure von Caemmerer.

Les co-auteurs de l'article, le professeur Robert Furbank et la professeure Susanne von Caemmerer.

« Même si les plantes que nous avons produites ne fonctionnent pas encore très efficacement sous forme de C4, nous savons maintenant qu'une partie de leur photosynthèse passe par la voie du C4 », dit-elle.

« L'équipe de recherche comprend des scientifiques ayant des compétences diverses allant de la microscopie à la physiologie, en passant par la sélection et la modélisation des plantes », explique la Dre Florence Danila, qui était chargée de la localisation des enzymes à l'aide de techniques de microscopie moléculaire au Nœud du Projet Riz C4 de l'ANU.

Que faut-il pour être C4 ? Crédit : Carl Davies

« Nous avons lancé le projet du riz C4 il y a dix ans, impliquant seize laboratoires dans onze pays. Il nous a fallu cinq ans pour mener à bien cette recherche particulière, et l'effort coordonné de plusieurs chercheurs de plusieurs organisations dans le monde, notamment l'Université de l'État de Washington, l'Université d'Oxford, l'Université de Cambridge, l'ANU et l'Institut Max Planck », déclare le professeur Robert Furbank, directeur du Centre d'Excellence ARC pour la Photosynthèse Translationnelle et l'un des auteurs de l'étude.

« Notre prochaine étape est d'assembler une construction utilisant seize gènes, nous avons donc beaucoup de travail à faire. Ce sont les premiers pas hésitants vers l'obtention du riz C4. Ces résultats montrent que nous pouvons manipuler toute une voie métabolique. Ces résultats montrent qu'il est possible de créer un riz C4 fonctionnel », déclare le professeur Furbank.

Le consortium du projet Riz C4 comprend l'Academia Sinica, l'Université Nationale Australienne, l'Institut Max Planck de Physiologie Moléculaire des Plantes, l'Institut Leibniz de Biochimie, l'Université de Cambridge, l'Université d'Oxford et l'Université de l'État de Washington et est financé par une subvention de la Fondation Bill & Melinda Gates à l'Université d'Oxford.

Cette recherche a été partiellement financée par le Centre d'Excellence ARC pour la Photosynthèse Translationnelle, qui vise à améliorer le processus de photosynthèse afin d'augmenter la production des principales cultures vivrières telles que le sorgho, le blé et le riz.

L'article a été publié dans le Plant Biotechnology Journal et peut être consulté en ligne à l'adresse suivante : https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.13487.

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* Source : https://photosynthesis.org.au/four-countries-five-genes-one-construct-c4-rices-first-wobbly-steps-towards-reality/