Une mauvaise herbe commune recèle d’importants indices sur la façon de créer des cultures résistantes à la sécheresse dans un monde assailli par le changement climatique.
Les scientifiques de Yale décrivent comment Portulaca oleracea, communément appelée pourpier, intègre deux voies métaboliques distinctes pour créer un nouveau type de photosynthèse qui permet à la mauvaise herbe de supporter la sécheresse tout en restant très productive, rapportent-ils le 5 août dans le journal Avancées scientifiques.
« Il s’agit d’une combinaison très rare de traits et a créé une sorte de » super plante « – une qui pourrait être potentiellement utile dans des entreprises telles que l’ingénierie des cultures », a déclaré Erika Edwards de Yale, professeur d’écologie et de biologie évolutive et auteur principal du papier.
Les plantes ont indépendamment développé une variété de mécanismes distincts pour améliorer la photosynthèse, le processus par lequel les plantes vertes utilisent la lumière du soleil pour synthétiser les nutriments à partir du dioxyde de carbone et de l’eau. Par exemple, le maïs et la canne à sucre ont développé ce qu’on appelle la photosynthèse C4, qui permet à la plante de rester productive à des températures élevées. Les plantes succulentes telles que les cactus et les agaves possèdent un autre type appelé photosynthèse CAM, qui les aide à survivre dans les déserts et autres zones avec peu d’eau. Le C4 et le CAM remplissent des fonctions différentes mais recrutent la même voie biochimique pour agir en tant que « compléments » à la photosynthèse régulière.
Ce qui rend le pourpier des mauvaises herbes unique, c’est qu’il possède ces deux adaptations évolutives, ce qui lui permet d’être à la fois très productif et très tolérant à la sécheresse, une combinaison improbable pour une plante. La plupart des scientifiques pensaient que C4 et CAM fonctionnaient indépendamment dans les feuilles de pourpier.
Mais l’équipe de Yale, dirigée par les auteurs co-correspondants et les chercheurs postdoctoraux Jose Moreno-Villena et Haoran Zhou, a mené une analyse spatiale de l’expression génique dans les feuilles du pourpier et a découvert que l’activité C4 et CAM sont totalement intégrées. Ils opèrent dans les mêmes cellules, les produits des réactions CAM étant traités par la voie C4. Ce système offre des niveaux de protection inhabituels pour une plante C4 en période de sécheresse.
Les chercheurs ont également construit des modèles de flux métaboliques qui ont prédit l’émergence d’un système C4+CAM intégré qui reflète leurs résultats expérimentaux.
Comprendre cette nouvelle voie métabolique pourrait aider les scientifiques à concevoir de nouvelles façons de concevoir des cultures telles que le maïs pour aider à résister à une sécheresse prolongée, selon les auteurs.
« En termes d’ingénierie d’un cycle CAM dans une culture C4, comme le maïs, il reste encore beaucoup de travail à faire avant que cela ne devienne une réalité », a déclaré Edwards. « Mais ce que nous avons montré, c’est que les deux voies peuvent être efficacement intégrées et partager des produits. C4 et CAM sont plus compatibles que nous ne le pensions, ce qui nous amène à soupçonner qu’il existe de nombreuses autres espèces C4 + CAM, attendant de être découvert. »
Jose Moreno-Villena et al, Résolution spatiale d’un métabolisme photosynthétique intégré C4 + CAM, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abn2349. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn2349