Comment un goulot d’étranglement de la photosynthèse pourrait révolutionner l’agriculture

Des scientifiques ont découvert comment venir à bout d’un goulot d’étranglement survenant dans le processus par lequel les plantes transforment la lumière du soleil en nourriture, ce qui pourrait entraîner une hausse de la production agricole.

Selon ces chercheurs, produire de plus grandes quantités d’une certaine protéine qui contrôle la vitesse à laquelle les électrons circulent dans le cadre de la photosynthèse pourrait accélérer l’ensemble du processus.

« Nous avons testé l’effet de la hausse de la production de la protéine Rieske FeS, et avons découvert que cela accroissait la photosynthèse de l’ordre de 10% », a mentionné la responsable de l’étude, la Dre Maria Ermakova, du ARC Centre of Excellence for Translational Photosynthesis (CoETP), en Australie.

« La protéine Rieske FeS appartient à un ensemble qui a des allures de tuyau, à travers lequel circulent les électrons, pour que l’énergie puisse être utilisée par le moteur au carbone de la plante. En sur-exprimant cette protéine, nous avons découvert comment relâcher la pression de ce tuyau, pour que davantage d’électrons puissent circuler, ce qui accélère le processus de photosynthèse », a précisé la Dre Ermakova.

Selon la chercheuse, qui a publié l’étude dans Communications Biology, il s’agit de la première fois où des scientifiques ont généré davantage de la protéine Rieske FeS à l’intérieur de plantes qui utilisent une voie spéciale de la photosynthèse, C4.

Jusqu’à maintenant, la majorité des efforts visant à accroître la photosynthèse ont été effectués à l’aide d’espèces qui utilisent plutôt la photosynthèse C3, comme le blé et le riz, mais peu d’efforts ont été accomplis pour améliorer la photosynthèse C4.

Pourtant, plusieurs espèces s’appuyant sur la catégorie C4, comme le maïs et le sorgho, jouent un rôle essentiel dans l’agriculture mondiale, et certaines font déjà partie des espèces les plus productives de la planète.

« Ces résultats démontrent que changer le rythme du transport des électrons améliore la photosynthèse chez l’espèce modèle C4, Setaria viridis, qui est un proche parent du maïs et du sorgho. Il s’agit d’une preuve de concept importante qui nous aide énormément à comprendre davantage comment fonctionne la photosynthèse C4″, a pour sa part indiqué la directrice adjointe du CoETP, Susanne von Caemmerer, l’une des coauteures de l’étude.

« C’est très excitant, puisque nous sommes prêts à transposer les résultats chez le sorgho, et tester l’effet sur la biomasse chez une espèce cultivée », a poursuivi Mme Von Caemmerer.

« Au cours des 30 dernières années, nous en avons appris beaucoup sur les plantes C4 en empirant leur fonctionnement – en les rendant inefficaces dans le cadre d’un processus de découverte. Cependant, c’est maintenant le premier exemple d’un cas où nous avons véritablement amélioré les plantes », souligne le professeur Robert Furbank, directeur du ARC Centre of Excellence for Translational Photosynthesis et l’un des auteurs de l’étude.

« Nos prochaines étapes porteront sur l’assemblage de l’ensemble du complexe de la protéine FeS, qui possède plusieurs autres composantes. Il y a encore beaucoup à faire, et il y a encore bien des choses que nous ne comprenons pas. Nous avons atteint une amélioration de 10% en sur-exprimant la composante Rieske FeS, mais nous savons que nous pouvons faire mieux », ajoute-t-il.

Sous nos pieds, une crise silencieuse