Le "piratage" de la photosynthèse, une nouvelle voie pour améliorer le rendement des cultures?

Le "piratage génétique" la photosynthèse, une nouvelle voie pour améliorer le rendement des cultures?
Le "piratage génétique" la photosynthèse, une nouvelle voie pour améliorer le rendement des cultures? - © Photo by Maros Misove on Unsplash

Les plantes sont, à bien des égards, parmi les organismes vivants les plus extraordinaires sur terre, pour une raison assez simple : elles peuvent transformer l’énergie du soleil en molécules indispensables à la vie. Grâce au processus de photosynthèse, la plante capte le CO2 contenu dans l’air, et en utilisant l’énergie lumineuse, produit de l’oxygène (O2) et du glucose, une molécule qui permettra à la plante de grandir... et donc, indirectement de nous nourrir. En cette ère d'ingénieurie génétique prolifique, certains voient dans l'amélioration de la photosynthèse la clé à un meilleur rendement de nos cultures agricoles.

Une équipe de scientifiques de l’Université de l’Illinois, aux Etats-Unis, mène des recherches dans ce sens, dont les résultats viennent d’être publiés dans le magazine Science. Comme une des auteures l’explique à npr, un média américain, ils ont réussi à "pirater la photosynthèse"... en bidouillant la photorespiration.

Photosynthèse vs photorespiration

Photosynthèse, photorespiration, ces termes se mélangent dans votre cerveau, il est donc temps de faire une petite digression théorique.

La photosynthèse est une réaction chimique complexe, à la base de la croissance des plantes, qui est — notamment — réalisée grâce une molécule appelée RubisCO (ou ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygénase, au cas où vous vous demandiez la signification de cet acronyme mignon).

RubisCO joue le rôle d’enzyme, c’est-à-dire qu’elle facilite et accélère une réaction chimique. Son rôle principal est de capter le CO2, pour que ses atomes de carbone et oxygènes puissent participer à la synthèse de la molécule de glucose, dans le processus de photosynthèse. Mais RubisCO ne se cantonne pas à cette simple fonction : elle participe aussi à la photorespiration (qui est différente de la respiration).

Sans entrer dans trop de détails, la RubisCO, au lieu de capter du CO2, va plutôt chercher de l’O2, et produire d’autres molécules que le glucose. La photorespiration est donc une sorte de concurrent à la photosynthèse, et pour certains types de plantes, peut limiter la production de matière organique, et donc la croissance de la plante. Il est estimé que la photorespiration peut limiter le rendement de la photosynthèse de 30% à 50% chez des plantes de type C3, comme le riz ou le blé.

Nos scientifiques américains ont donc réussi à modifier certaines molécules intervenant dans la photorespiration, afin de créer des réactions chimiques alternatives, qui demanderaient moins d'énergie à la plante, afin qu'elle l'utilise pour sa photosynthèse. Et ce, grâce à des gènes de la bactérie Escherichia coli ou encore d'enzymes d'algues vertes. Pour reprendre la métaphore du piratage, les scientifiques sont venus modifier le "programme" de la photorespiration, en agissant modifiant certaines molécules.

Leurs résultats montrent un gain de 25% de biomasse, ce qui est loin d'être négligeable. L'étude a porté sur des plants de tabax, mais les chercheurs sont confiants quant à l'application de leur découverte sur le terrain, dans des cultures de céréales ou de riz.

Oui, mais avec quelles conséquences ?

Ces recherches scientifiques s'inscrivent dans une voie de l'amélioration des variétés végétales composant notre alimentation. Une voie initiée dans les années 50, lorsque des variétés très productives, mais infertiles, ont été mises sur le marché par l'industrie agroalimentaire. Le rendement agricole a explosé, mais avec une conséquence désastreuse : les plants de ces variétés sont incapables de se reproduire naturellement. L'agriculteur est donc obliger de racheter chaque année des semences, et devient alors dépendant de ceux qui détiennent ces semences, mais surtout, cette méthode est venue court-circuiter un processus à la base de la vie sur Terre : le brassage génétique. Les plantes sont génétiquement identiques d'une génération à l'autre, il n'y a donc aucune évolution... et aucune possiblité de s'adapter à l'environnement. D'où la perte en biodiversité des plantes cultivées par l'humain, et l'utilisation massive des pesticides, avec les conséquences que tout le monde connaît désormais.

Ici, la modification au niveau moléculaire d'un processus aussi important que la photosynthèse pose donc aussi de nombreuses questions. Car si depuis des millions d'années, les plantes ont continué à réaliser la photorespiration, c'est que cette voie métabolique a un intérêt dans la survie des organismes. Venir la modifier pour des fins uniquement productives aura donc un impact sur le fonctionnement métabolique global, qu'il est encore difficile d'estimer, tant les rôles de la photorespiration sont encore méconnus.

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