Des scientifiques ont corrigé un « défaut » naturel dans la photosynthèse, et ont ainsi augmenté la productivité des plantes de 40%, par rapport aux espèces sauvages. Il faut savoir que la photosynthèse est la réaction chimique qui permet aux plantes de transformer la lumière du soleil et le dioxyde de carbone en aliments. Cette nouvelle technique développée par les scientifiques pourrait bien aider à nourrir 200 millions de personnes supplémentaires par année, rien que dans le Midwest américain, et ce, avec le même volume de cultures.
Il reste cependant à noter qu’à l’heure actuelle, ce correctif a uniquement été appliqué sur des plants de tabac. Nous sommes donc encore loin de pouvoir l’utiliser pour renforcer l’offre alimentaire mondiale, mais il s’agit néanmoins d’un premier pas très prometteur.
Alors, quel est ce « problème » que les chercheurs ont voulu « réparer » ? Il s’agit d’une étape peu connue de la photosynthèse, appelée photorespiration. « Chaque année, dans le Midwest américain, nous pourrions nourrir près de 200 millions de personnes supplémentaires grâce aux calories perdues lors de la photorespiration », explique l’investigateur principal de l’étude, Donald Ort, de l’Université de l’Illinois et de l’Institut de biologie génomique Carl W. Woese. « Récupérer même une partie infime de ces calories à travers le monde entier contribuerait grandement à répondre à la demande croissante de nourriture du 21ème siècle », a-t-il ajouté.
Arborez un message climatique percutant 🌍
Il faut savoir que pour de nombreuses plantes, la photosynthèse est compliquée à effectuer, notamment pour le riz et le soja. En effet, un élément clé de la photosynthèse est la Rubisco (soit la ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase-oxygénase), car elle permet la fixation du dioxyde de carbone (CO2) dans la biomasse végétale en initiant le cycle de Calvin, en relation avec l’énergie solaire captée par la chlorophylle à l’origine des processus de photosynthèse.
Mais, environ 20% du temps, la Rubisco confond l’oxygène avec la molécule de dioxyde de carbone, une composante primordiale de la photosynthèse. Non seulement il s’agit d’une opportunité gâchée, mais le résultat de cette « erreur » est la glycolate et l’ammoniaque : deux composants toxiques qui doivent être traités rapidement avant qu’ils ne causent trop de dégâts.
Vous aimerez également : Une feuille bionique 10 fois plus efficace que la photosynthèse naturelle
Heureusement, les plantes ont évolué dans le but de pouvoir se débarrasser de ces poisons, grâce au processus de photorespiration. Cela ne les « dérange » pas de consacrer une partie de leur énergie à ce processus de recyclage vital, si cela leur permet de survivre.
« Cela coûte de l’énergie et des ressources précieuses aux plantes ; alors que ces éléments auraient pu être utilisés à meilleur escient dans la photosynthèse », explique l’auteur principal, Paul South, un biologiste moléculaire de l’US Department of Agriculture Agricultural Research Service, qui est la principale agence de recherche interne du Département de l’Agriculture des États-Unis.
Le riz, le blé et le soja souffrent tous de ce besoin d’éliminer ces éléments toxiques accumulés dans leur organisme. Non seulement elles représentent trois des quatre cultures dont dépend la population mondiale afin de subvenir aux besoins en calories, mais nous pouvons également nous attendre à ce que leur rendement baisse à l’avenir, à cause du réchauffement climatique. « La Rubisco a encore plus de mal à extraire le dioxyde de carbone de l’oxygène lorsqu’il fait plus chaud, ce qui provoque encore plus de photorespiration » a déclaré Amanda Cavanagh, co-auteure de l’étude, de l’Université de l’Illinois.
Heureusement, durant ces dernières années, de nombreux efforts ont été déployés par les scientifiques dans le but d’éviter ce besoin de détoxication. Nombre de ces efforts récents ont impliqué la recherche de méthodes de photorespiration plus efficaces, incluant notamment diverses algues et bactéries.
Ce dernier effort s’intitule Réaliser une efficacité photosynthétique accrue (dit RIPE, de l’anglais Realizing Increased Photosynthetic Efficiency), et son approche consiste à sélectionner des gènes et à les tester. Une poignée de ces gènes provenaient de la bactérie E. coli, plus précisément de sa voie d’oxydation du glycolate. Une seconde version a été réalisée concernant une catalase, également issue de E. coli, et quelques autres pour une glycolate oxydase et une malate synthase de plantes.
Lors de l’un des essais des chercheurs, ils ont utilisé un gène de malate synthase et un gène d’algue verte pour la glycolate déshydrogénase : celles-ci ont été utilisées conjointement avec d’autres modifications génétiques, pour trouver la voie la plus efficace parmi 17 constructions différentes possibles.
La troisième voie de photorespiration s’est révélée être la plus efficace dans les résultats finaux, avec une activité métabolique supérieure de 40%, par rapport aux échantillons témoins. Cette énergie gagnée se traduit par des rendements plus importants. À présent, il reste encore à comprendre si ce gain d’efficacité sera similaire chez toutes les plantes ou non. Ce dernier point constitue donc le prochain objectif des chercheurs.