En plus de leur faculté à absorber du dioxyde de carbone (CO2), les plantes en libèrent également jusqu’à la moitié lors de la respiration. D’après de nouvelles recherches menées par l’Université de Western Australia, cette quantité rejetée dans l’atmosphère serait le fruit d’une décision « secrète » de la plante. Les résultats de cette découverte surprenante pourraient être exploités pour limiter la quantité de carbone libérée dans l’atmosphère, parmi d’autres solutions dans la lutte contre le réchauffement climatique.
La photosynthèse désigne le processus par lequel les plantes utilisent la lumière du soleil, l’eau et le dioxyde de carbone pour produire de l’oxygène et de l’énergie sous forme de sucre. Toutefois, les plantes sont des puits de carbone (qui stockent le carbone) limités, car elles relarguent également jusqu’à la moitié de ce carbone sous forme de CO2 lors de la respiration végétale. « Cela empêche les plantes d’être les meilleurs puits de carbone qu’elles pourraient être et limite leur capacité à contribuer à la réduction du CO2 atmosphérique », a déclaré dans un communiqué de l’Université de Western Australia le professeur Millar, biochimiste végétal.
Les plantes auraient en fait la faculté à décider combien de molécules de carbone elles souhaitent libérer, et à quel moment. « Nos recherches, dirigées par le candidat au doctorat Forrest Xuyen Le, ont permis de découvrir que cette décision de libération de CO2 est régie par un processus jusqu’alors inconnu : un canal métabolique qui dirige un produit du sucre appelé pyruvate, pour qu’il soit oxydé en CO2 ou conservé pour fabriquer la biomasse végétale », a précisé Millar.
Les plantes choisissent comment utiliser le pyruvate
Le pyruvate est le principal substrat respiratoire du cycle de l’acide citrique (ou cycle de Krebs), voie métabolique présente chez tous les organismes aérobies et qui permet de produire de l’énergie (ATP). Pour rappel, cette production d’énergie est nécessaire à la croissance et au développement des plantes. Le pyruvate est oxydé par le complexe pyruvate déshydrogénase mitochondrial, ce qui génère l’acétyl-CoA entrant dans le cycle de l’acide citrique pour la production d’ATP.
Mais le pyruvate est également la matière première de nombreuses autres voies, par exemple pour la construction des phospholipides, des huiles végétales stockées, des acides aminés et d’autres éléments nécessaires à la fabrication de la biomasse. Autrement, l’utilisation du pyruvate comme source d’énergie produit du carbone en tant que déchet, et c’est donc à ce stade que la « décision » est prise par la plante. « Nous avons découvert qu’un transporteur sur les mitochondries dirige le pyruvate vers la respiration pour libérer du CO2, mais que le pyruvate produit d’une autre manière est conservé par les cellules végétales pour fabriquer de la biomasse – si le transporteur est bloqué, les plantes utilisent alors du pyruvate provenant d’autres voies pour la respiration », a déclaré Le.
« Les discussions actuelles sur le carbone net zéro devraient également inclure des conversations sur ce qui se passe à l’intérieur des plantes »
Les chercheurs travaillaient sur un organisme végétal classique (Arabidopsis thaliana) lorsqu’ils ont fait cette découverte. Pour suivre le pyruvate au cours du cycle de l’acide citrique, ils l’ont marqué avec du C13 (un isotope du carbone) et ont constaté que le pyruvate était utilisé différemment suivant sa provenance. L’équipe souligne que la capacité de décision des plantes brise les règles normales de la biochimie, où d’ordinaire, chaque réaction est une compétition et les processus ne contrôlent pas la destination du produit.
En connaître davantage sur l’utilisation du carbone par les plantes peut dès lors s’avérer utile pour prioriser certaines voies métaboliques, au détriment d’autres voies. « Cela pourrait être fait en limitant cette canalisation à la respiration ou en créant de nouveaux canaux pour diriger le carbone à l’intérieur des mitochondries vers la production de biomasse, et ainsi limiter la libération de CO2 par les plantes », explique Millar. « Cela montre que les discussions actuelles sur le carbone net zéro et le rôle que les cultures, les forêts et les prairies peuvent jouer, devraient également inclure des conversations sur ce qui se passe à l’intérieur des plantes, parallèlement aux décisions financières mondiales ».