Photosynthèse non affectée par l’augmentation des canaux de dioxyde de carbone dans les membranes végétales

La modification de la photosynthèse est de plus en plus un objectif de recherche pour améliorer les rendements des cultures afin de nourrir une population mondiale croissante face au changement climatique et à d’autres facteurs environnementaux. Dans une étude récente, publiée dans le Journal de botanique expérimentaleune équipe de l’Université nationale australienne (ANU) a étudié les effets de l’augmentation du nombre de canaux de dioxyde de carbone dans les membranes végétales, mais n’a pu détecter aucun impact sur la photosynthèse chez les plants de tabac modèles.

La photosynthèse repose sur un apport de dioxyde de carbone (CO2) aux chloroplastes dans les cellules des feuilles, où il est fixé en sucres par l’enzyme Rubisco. Pour atteindre le chloroplaste, le CO2 doit diffuser dans la feuille et à travers les cellules du mésophylle de la feuille, traversant des barrières telles que les parois cellulaires et les membranes. L’augmentation de la diffusion du CO2 à travers les cellules du mésophylle dans le chloroplaste (appelée conductance du mésophylle) améliorera la photosynthèse, augmentant les rendements des cultures tout en améliorant l’efficacité de l’utilisation de l’eau.

« Notre recherche a ciblé les membranes des cellules foliaires ; nous voulions savoir si nous pouvions rendre le transfert de CO2 plus efficace en ajoutant des canaux supplémentaires pour la diffusion du CO2 dans les membranes cellulaires », a déclaré le chercheur RIPE, le Dr Tory Clarke, qui a réalisé cette étude à l’ANU.

Pour cibler le transfert de CO2 à travers les membranes des cellules végétales, l’équipe de l’ANU a augmenté la quantité de protéines aquaporines dans les membranes plasmiques des plants de tabac testés.

L’auteur principal, le Dr Michael Groszmann, a expliqué que « les aquaporines sont des canaux membranaires qui peuvent faciliter le mouvement de molécules telles que l’eau et les gaz à travers les membranes. Nos recherches confirment que les canaux se localisent dans la membrane plasmique des cellules foliaires ».

Des études antérieures ont établi que dans les systèmes de test, un sous-ensemble d’aquaporines végétales, les protéines intrinsèques de la membrane plasmique (PIP) ont des capacités de transfert de CO2, mais il y a eu des rapports contradictoires sur leur rôle dans la conductance du mésophylle dans la plante. « Dans cette étude, nous avons pu introduire plus de canaux d’aquaporine PIP dans la membrane cellulaire du mésophylle, mais étonnamment, cela n’a pas augmenté de manière détectable la conductance du CO2 à travers la cellule du mésophylle, sans effet non plus sur les taux de photosynthèse », a déclaré Clarke.

« La croissance des plantes et les conditions environnementales peuvent jouer un rôle important dans la capacité des aquaporines à modifier la conductance du mésophylle », a déclaré Susanne von Caemmerer, professeur de physiologie végétale moléculaire à l’École de recherche en biologie de l’ANU, qui a dirigé cette étude aux côtés de Groszmann. « Notre étude a également utilisé la modélisation informatique pour prédire comment les changements de la perméabilité au CO2 de la membrane auraient un impact sur la conductance globale du mésophylle. Nous avons constaté que pour améliorer la conductance globale du mésophylle de 20 %, la quantité de CO2 qui devrait traverser la membrane cellulaire végétale aurait besoin doubler. »

Bien que l’amélioration de la photosynthèse n’ait pas été réalisée dans cette étude, cette recherche fournit une meilleure compréhension du mouvement du CO2 de l’atmosphère au chloroplaste.

« En prenant ce que nous avons appris dans cette étude, nous pouvons maintenant concentrer nos travaux sur une meilleure compréhension de la fonction des aquaporines et sur la façon dont nous pouvons améliorer la conductance du mésophylle et la photosynthèse », a déclaré Groszmann.