Cette petite plante étrange pourrait aider à booster les rendements agricoles

Cette petite plante étrange pourrait aider à booster les rendements agricoles

Agdaily reporters*

Phaeoceros laevis, une espèce d'anthocérote communément appelée smooth hornwort en anglais (Image : Des Callaghan)

Une équipe internationale de chercheurs a découvert une astuce moléculaire remarquable utilisée par un groupe unique de plantes terrestres, qui pourrait à terme être intégrée dans des espèces cultivées telles que le blé et le riz afin d'augmenter considérablement leur efficacité à convertir la lumière du soleil en nourriture.

L'étude, menée par des chercheurs du Boyce Thompson Institute, de l'Université Cornell et de l'Université d'Édimbourg, se concentre sur un problème fondamental dans l'agriculture : l'enzyme responsable de la capture du dioxyde de carbone de l'air pendant la photosynthèse, appelée Rubisco, est lente et inefficace.

« La Rubisco est sans doute l'enzyme la plus importante de la planète, car elle est le point d'entrée de la quasi-totalité du carbone présent dans les aliments que nous consommons », a déclaré M. Fay-Wei Li, professeur associé au BTI, qui a codirigé la recherche. « Mais elle est lente et facilement perturbée par l'oxygène, ce qui gaspille de l'énergie et limite l'efficacité de la croissance des plantes. »

Certains organismes ont développé une solution ingénieuse. De nombreuses espèces d'algues stockent la Rubisco dans de minuscules compartiments spécialisés à l'intérieur de leurs cellules, appelés pyrénoïdes, qui sont essentiellement des bulles microscopiques qui concentrent le dioxyde de carbone autour de l'enzyme, l'aidant ainsi à fonctionner beaucoup plus efficacement.

Phaeoceros laevis, une espèce d'anthocérote communément appelée smooth hornwort en anglais (Image : Des Callaghan)

Les scientifiques rêvent depuis longtemps d'installer ce système de suralimentation dans les plantes vivrières, qui ne possèdent pas de pyrénoïdes. Mais le mécanisme des algues s'est avéré extrêmement difficile à transférer.

La percée est venue de l'étude des anthocérotes, les seules plantes terrestres connues pour posséder des compartiments de concentration de CO₂ similaires à ceux des algues. Comme les anthocérotes partagent une histoire évolutive plus récente avec les espèces cultivées que les algues, l'équipe de recherche a émis l'hypothèse que leur mécanisme moléculaire pourrait être transféré plus facilement. Ce qu'ils ont découvert était inattendu.

« Nous avons supposé que les anthocérotes utiliseraient quelque chose de similaire à ce qu'utilisent les algues, à savoir une protéine distincte qui rassemble la Rubisco », a déclaré M. Tanner Robison, étudiant diplômé travaillant avec M. Li et co-auteur principal de l'article. « Au lieu de cela, nous avons découvert qu'elles avaient modifié la Rubisco elle-même pour faire le travail. »

La clé réside dans un composant protéique inhabituel que les chercheurs ont baptisé RbcS-STAR. La Rubisco est assemblée à partir de fragments protéiques de grande et petite taille. Chez les anthocérotes, l'un des fragments de petite taille comporte une queue supplémentaire, la région STAR, qui agit comme du velcro moléculaire, provoquant le regroupement des protéines Rubisco sous la forme d'une constellation.

Pour tester si STAR pouvait fonctionner en dehors de son anthocérote d'origine, l'équipe a mené une série d'expériences. Tout d'abord, ils ont introduit RbcS-STAR dans une espèce d'anthocérote étroitement apparentée qui ne possède pas de pyrénoïdes. Résultat : la Rubisco s'est réorganisée, passant d'une distribution dispersée à des structures concentrées, semblables à des pyrénoïdes.

Ils ont ensuite tenté la même expérience sur Arabidopsis, une plante couramment utilisée dans la recherche en laboratoire. Une fois encore, la Rubisco a formé des compartiments denses à l'intérieur des chloroplastes de la plante.

« Nous avons même essayé d'attacher uniquement la queue STAR à la Rubisco native d'Arabidopsis, et cela a déclenché le même effet de regroupement », a déclaré M. Alistair McCormick, professeur à l'Université d'Édimbourg, qui a codirigé la recherche. « Cela nous indique que STAR est véritablement le moteur. Il s'agit d'un outil modulaire qui peut fonctionner dans différents systèmes végétaux. »

C'est cette transférabilité qui rend cette découverte si importante pour l'agriculture. Elle suggère que les chercheurs pourraient être en mesure de déclencher le regroupement de la Rubisco dans les plantes cultivées en introduisant un seul velcro universel, plutôt qu'en passant par la haute couture.

Image : Jackie Niam, Shutterstock

Les chercheurs soulignent que des défis restent à relever. Une série de conduits est désormais nécessaire pour acheminer le CO₂ vers la Rubisco. « Nous avons construit une maison Rubisco, mais elle ne sera efficace que si nous modernisons le système de chauffage, de ventilation et de climatisation », explique Mme Laura Gunn, professeure adjointe à l'Université Cornell, qui a codirigé la recherche. L'équipe s'efforce actuellement de relever ce défi.

Cette découverte marque néanmoins une avancée importante dans un domaine au potentiel considérable. Même une amélioration modeste de l'efficacité photosynthétique pourrait augmenter les rendements agricoles tout en réduisant l'empreinte environnementale de l'agriculture, un objectif crucial alors que le monde s'efforce de rendre la production alimentaire plus durable.

« Cette recherche montre que la nature a déjà testé des solutions dont nous pouvons tirer des enseignements », a déclaré M. Li. « Notre travail consiste à bien comprendre ces solutions afin de les appliquer là où elles sont le plus nécessaires, c'est-à-dire dans les cultures qui nourrissent le monde. »

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* Source : This odd little plant could help turbocharge crop yields | AGDAILY

Ma note : Extrait de Wikipedia :

« Les anthocérotes (Anthocerotophyta ou Anthocerotae) sont un embranchement de plantes terrestres (embryophytes) aux caractères ancestraux.

Avec les hépatiques et les mousses (ie. parfois appelées bryophytes sensu stricto), on les regroupe sous le nom de bryophytes (sensu lato, ce groupe étant paraphylétique, il a été abandonné par les cladistes mais conservé comme grade évolutif par les systématiciens évolutionnistes). »