Les scientifiques cherchent depuis longtemps des moyens d’aider les plantes à transformer davantage de dioxyde de carbone (CO₂) en biomasse, ce qui pourrait augmenter les rendements des cultures et même lutter contre le changement climatique. Des recherches récentes suggèrent qu’un groupe de plantes uniques, souvent négligées, appelées hornworts, pourrait détenir la clé.
« Les Hornworts possèdent une capacité remarquable et unique parmi les plantes terrestres : elles disposent d’un turbocompresseur naturel pour la photosynthèse », a déclaré Tanner Robison, étudiant diplômé du Boyce Thompson Institute (BTI) et premier auteur de l’article récemment publié dans Plantes naturelles. « Cette fonctionnalité spéciale, appelée mécanisme de concentration du CO₂, les aide à photosynthétiser plus efficacement que la plupart des autres plantes, y compris nos cultures vivrières vitales. »
Au cœur de ce mécanisme se trouve une structure appelée pyrénoïde, qui agit comme une chambre microscopique de concentration de CO₂ à l’intérieur des cellules de la plante. Le pyrénoïde est un compartiment semblable à un liquide rempli de l’enzyme Rubisco, qui capte le CO₂ et le convertit en sucre pendant la photosynthèse. Autour du pyrénoïde se trouvent des canaux et des enzymes spécialisés qui pompent du CO₂, saturant Rubisco de sa matière première clé.
« Ce mécanisme de concentration du CO₂ confère aux hornworts un avantage significatif », a déclaré Laura Gunn, professeur adjoint à la School of Integrative Plant Science de Cornell.
« Rubisco est une enzyme notoirement inefficace, de sorte que la plupart des plantes gaspillent beaucoup d’énergie en raison de sa tendance à réagir également avec l’oxygène. Mais en concentrant le CO₂ autour de Rubisco, les hornworts peuvent maximiser son efficacité et minimiser ce processus inutile de « photorespiration ». «
Série confocale Z-stack de A. agrestis exprimant de manière stable RCA – mVenus (vert). Les pyrénoïdes qui n’ont pas de connexions évidentes entre eux sont indiqués par des flèches. L’autofluorescence de la chlorophylle est représentée en bleu. Crédit: Plantes naturelles (2025). DOI : 10.1038/s41477-024-01871-0
À l’aide de techniques d’imagerie avancées et d’analyses génétiques, l’équipe de recherche a découvert que les hornworts utilisent probablement un système beaucoup plus simple pour concentrer le CO₂. Contrairement aux algues, qui ont besoin de machines complexes pour pomper le CO₂ dans leurs cellules, les hornworts utilisent probablement une approche passive qui nécessite moins de pièces mobiles.
« C’est comme trouver une conception de moteur plus simple et plus efficace », a expliqué Fay-Wei Li, professeur agrégé au BTI et co-auteur correspondant de l’étude. « Cette simplicité pourrait faciliter la conception de systèmes similaires dans d’autres plantes, comme les cultures essentielles. »
L’impact potentiel est considérable. L’équipe de recherche estime que l’installation d’un mécanisme similaire de concentration du CO₂ dans les cultures pourrait augmenter la photosynthèse jusqu’à 60 %, entraînant une augmentation significative des rendements sans nécessiter davantage de terres ou de ressources.
La recherche fournit également de nouvelles informations sur l’évolution des plantes. Les scientifiques ont découvert que la machinerie permettant de concentrer le CO₂ était probablement présente chez l’ancêtre commun de toutes les plantes terrestres, mais que seules les cornées ont conservé et affiné cette capacité au cours de millions d’années d’évolution.
Alors que nous sommes confrontés au double défi du changement climatique et de la sécurité alimentaire, cette petite usine pourrait servir de modèle pour une innovation agricole significative. Même s’il reste encore beaucoup à faire avant que cette technologie naturelle puisse être utilisée dans d’autres plantes, cette découverte ouvre une nouvelle voie prometteuse pour une agriculture durable.
Plus d’informations :
Tanner A. Robison et al, Hornworts révèlent un modèle spatial pour les mécanismes de concentration de CO2 à base de pyrénoïdes dans les plantes terrestres, Plantes naturelles (2025). DOI : 10.1038/s41477-024-01871-0