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La découverte d'un moyen de réduire un goulet d'étranglement dans la photosynthèse pourrait avoir un impact majeur sur les cultures alimentaires
Centre d'excellence ARC pour la photosynthèse translationnelle*
Des scientifiques ont découvert comment réduire un goulet d'étranglement dans le processus de transformation de la lumière solaire en nourriture, susceptible d'entraîner une augmentation de la production agricole. Ils ont découvert que produire en plus grande quantité une protéine qui contrôle la vitesse à laquelle les électrons circulent pendant la photosynthèse accélère l'ensemble du processus.
Des scientifiques ont découvert comment réduire un goulet d'étranglement dans le processus de transformation de la lumière solaire en nourriture, susceptible d'entraîner une augmentation de la production agricole. Ils ont découvert que produire en plus grande quantité une protéine qui contrôle la vitesse à laquelle les électrons circulent pendant la photosynthèse accélère l'ensemble du processus.
« Nous avons testé l'effet de l'augmentation de la production de la protéine FeS de Rieske et nous avons constaté qu'elle augmentait de 10 % la photosynthèse », a déclaré la chercheuse principale, Maria Ermakova du Centre d'Excellence ARC pour la Photosynthèse Translationnelle (CoETP).
« La protéine FeS de Rieske appartient à un complexe qui ressemble à un tuyau dans lequel circulent des électrons. L'énergie peut donc être utilisée par le moteur carbone de la plante. En surexprimant cette protéine, nous avons découvert comment réduire la pression dans le tuyau, ce qui permet à plus d'électrons de circuler, accélérant ainsi le processus de photosynthèse », a déclaré le Dr Ermakova, qui travaille au Centre Node de l'Australian National University (ANU).
Le Dr Ermakova, auteur principal de l'article publié cette semaine dans la revue Communications Biology, a déclaré que c'était la première fois que des scientifiques ont produit davantage de protéines FeS de Rieske dans des plantes utilisant la voie de la photosynthèse en C4.
Jusqu'à présent, la majorité des efforts visant à améliorer la photosynthèse ont été réalisés chez des espèces utilisant la photosynthèse en C3, telles que le blé et le riz, mais peu de choses ont été faites pour améliorer la photosynthèse en C4.
Cela en dépit du fait que les espèces cultivées C4 – comme le maïs et le sorgho – jouent un rôle clé dans l'agriculture mondiale et comptent déjà parmi les cultures les plus productives du monde.
« Ces résultats démontrent que la modification du taux de transport des électrons améliore la photosynthèse chez Setaria viridis, espèce modèle du C4 et proche parent du maïs et du sorgho. C'est une preuve de concept importante qui nous aide énormément à mieux comprendre le fonctionnement de la photosynthèse en C4 », a déclaré Susanne von Caemmerer, directrice adjointe du CoETP, l'une des coauteurs de cette étude.
La protéine de Rieske est particulièrement importante dans les environnements très lumineux, où poussent les plantes en C4. Des recherches antérieures ont montré que la surexpression de la protéine de Rieske dans les plantes en C3 améliorait la photosynthèse, mais des recherches supplémentaires étaient nécessaires sur les plantes en C4.
« C'est vraiment passionnant, car nous sommes maintenant prêts à transférer cela au sorgho et à tester son effet sur la biomasse d'une culture vivrière », a déclaré le professeur von Caemmerer.
La recherche est le résultat d'une collaboration internationale avec des chercheurs de l'Université d'Essex au Royaume-Uni, qui font partie du projet Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE – produire une efficacité photosynthétique accrue).
« C’est un excellent exemple de la nécessité de collaborations internationales pour résoudre des problèmes complexes rencontrés dans la recherche pour améliorer la production végétale », a déclaré Patricia Lopez-Calcagno, chercheuse à l’Université d’Essex, qui a participé à la production de certains des composants génétiques essentiels à la transformation des plantes.
« Au cours des 30 dernières années, nous avons beaucoup appris sur le fonctionnement des plantes en C4 en les endommageant – en les décomposant dans le cadre du processus de découverte. Cependant, il s'agit du premier exemple dans lequel nous avons réellement amélioré les plantes », déclare le professeur Robert Furbank, directeur du Centre d’Excellence ARC pour la Photosynthèse Translationnelle et l’un des auteurs de l’étude.
« La prochaine étape consiste à assembler l'ensemble du complexe protéique FeS, qui comporte de nombreux autres composants. Il reste encore beaucoup à faire et il y a beaucoup de choses que nous ne comprenons toujours pas sur ce complexe protéique. Nous avons atteint 10 % d'amélioration en surexprimant la composante FeS de Rieske, mais nous savons que nous pouvons faire mieux que cela », déclare le professeur Furbank.
Cette recherche a été financée par le Centre d'Excellence ARC pour la Photosynthèse Translationnelle, qui vise à améliorer le processus de la photosynthèse afin d'accroître la production de grandes cultures vivrières telles que le sorgho, le blé et le riz.
Maria Ermakova, Patricia E. Lopez-Calcagno, Christine A. Raines, Robert T. Furbank, Susanne von Caemmerer. Overexpression of the Rieske FeS protein of the Cytochrome b6f complex increases C4 photosynthesis in Setaria viridis (la surexpression de la protéine FeS de Rieske du complexe cytochrome b6f augmente la photosynthèse en C4 chez Setaria viridis) Communications Biology, 2019 ; 2 (1) DOI: 10.1038/s42003-019-0561-9
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* Source ; https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190816075543.htm
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