Aucune amélioration photosynthétique des transformants ictB dans la culture modèle cultivée au champ

Il est prévu que d’ici 2050, l’approvisionnement alimentaire mondial devra augmenter de 50 à 80 % pour suivre la croissance démographique. Des chercheurs du monde entier ont travaillé pour trouver des moyens de cultiver durablement des cultures vivrières pour répondre à ce besoin, et l’amélioration de la photosynthèse des plantes offre de grandes possibilités pour résoudre ces problèmes.

Dans une étude récente, publiée dans le Journal de botanique expérimentale, une équipe de chercheurs de l’Illinois a testé le potentiel d’augmentation de la productivité des plantes et de l’efficacité intrinsèque de l’utilisation de l’eau grâce à la surexpression du transporteur de carbone inorganique B (ictB) dans le tabac cultivé en plein champ. Cependant, leurs résultats n’ont montré aucune différence significative entre les lignées de tabac exprimant ictB cultivées sur le terrain et le type sauvage.

« Nos résultats indiquent que la surexpression de l’ictB ne peut profiter qu’aux cultures cultivées dans des environnements contrôlés, tels que les serres », a déclaré Ursula Ruiz-Vera, ancienne chercheuse postdoctorale à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, qui a dirigé cette étude pour un projet de recherche appelé Realizing Efficacité photosynthétique accrue (RIPE). « Si les avantages de la surexpression de l’ictB ne peuvent être observés que chez les plantes cultivées dans des environnements contrôlés, il convient d’explorer plus en profondeur cette méthode dans ces conditions qui peuvent bénéficier aux cultures qui utilisent des environnements comme les serres, comme les cultures maraîchères. Cependant, cette méthode peut n’est pas le moyen le plus efficace d’augmenter la production alimentaire dans des conditions de terrain. » Ruiz-Vera travaille maintenant en tant que scientifique principal, physiologiste des plantes de l’environnement de contrôle chez Bayer Crop Science.

RIPE, qui est dirigé par l’Illinois, est en train de concevoir des cultures pour qu’elles soient plus productives en améliorant la photosynthèse. RIPE est soutenu par la Fondation Bill & Melinda Gates, la Fondation pour la recherche sur l’alimentation et l’agriculture et le Bureau britannique des affaires étrangères, du Commonwealth et du développement.

Les plantes relèvent de deux principaux types de photosynthèse, C3 et C4. La différence entre ces deux est que les plantes C4 opèrent un mécanisme de concentration de carbone (CCM), qui augmente la concentration de CO2 autour de l’enzyme Rubisco. En raison de ce CCM, les plantes C4 ont tendance à avoir une plus grande efficacité d’utilisation de l’eau et de l’azote.

Cependant, la plupart des principales cultures vivrières consommées par les humains utilisent la voie photosynthétique C3 moins efficace, ce qui incite à des initiatives visant à améliorer les cultures C3. Plusieurs études au fil des ans ont suggéré que la surexpression du gène ictB améliorerait l’efficacité photosynthétique des plantes C3.

Une grande partie des tests d’amélioration de la photosynthèse effectués par RIPE ont été effectués sur des plants de tabac, car ils constituent une culture de preuve de concept pratique. Étant donné que le tabac est facile à transformer génétiquement, en raison de sa capacité à produire une grande quantité de graines qui raccourciraient les cycles de test, cela facilite le transfert des traits génétiques réussis à refléter dans les cultures vivrières telles que le niébé, le manioc et le soja.

L’équipe a testé quatre transformants de tabac ictB pour les performances photosynthétiques dans des conditions de terrain par rapport au type sauvage sur la base d’études antérieures qui avaient montré que les transformants de tabac ictB augmentaient l’efficacité photosynthétique et la biomasse sans affecter l’efficacité de l’utilisation de l’eau.

« La plupart des études précédentes ont été réalisées dans des conditions contrôlées et il n’est pas clair si ces améliorations de la productivité des plantes pourraient se traduire par des cultures sur le terrain », a déclaré Liana Acevedo-Siaca, qui a codirigé cette étude à l’Illinois pendant sa temps en tant que chercheur postdoctoral. « Dans cette expérience, nous voulions faire pousser des plants de tabac ictB sur le terrain pour évaluer si ces plantes transgéniques avaient une efficacité photosynthétique plus élevée que le type sauvage dans des conditions de terrain. »

Dans l’ensemble, leurs résultats suggèrent que les transformants n’ont pas obtenu de meilleurs résultats que le type sauvage sur les traits liés à la photosynthèse, à la biomasse et à la composition des feuilles, contrairement aux études précédentes qui suggéraient le contraire. Cependant, il reste optimiste que l’ictB conserve sa valeur en contribuant à l’amélioration des rendements des cultures, car les résultats d’études précédentes avaient montré des gains significatifs pour la production de biomasse avec la surexpression d’ictB.

Des recherches supplémentaires devraient être menées pour comprendre pleinement la fonction du gène et dans quelles conditions environnementales il offre le plus grand avantage pour les performances des cultures, aidant à répondre à la demande mondiale accrue en nourriture.

« Bien que les résultats précédents aient montré des avantages dans les serres et les environnements contrôlés pour les transformants ictB, il y a aussi un côté positif », a déclaré Acevedo-Siaca, qui travaille maintenant en tant que scientifique associé dans le programme mondial du blé au Centre international d’amélioration du maïs et du blé ( CIMMYT) au Mexique. « Alors que nous cherchons à augmenter la production alimentaire de manière durable, l’agriculture sous serre et l’agriculture verticale peuvent bénéficier de la surexpression de l’ictB. »