Le changement climatique ne signifie pas seulement un temps plus chaud. Les vagues de froid peuvent également atteindre des creux inhabituels, et les fluctuations entre le chaud et le froid deviennent de plus en plus extrêmes.
Même des gouttes de quelques degrés peuvent être difficiles pour les plantes en croissance. Si les variations de température deviennent trop importantes pour que les cultures puissent durer, cela signifie moins de nourriture pour la planète. C’est pourquoi des chercheurs du monde entier travaillent à renforcer la résilience des plantes.
David Kramer, de la Michigan State University, s’intéresse à la résilience en ce qui concerne la photosynthèse, car le processus par lequel les plantes sont alimentées par le soleil est particulièrement sensible aux variations de température.
« L’une des plus grandes questions en ce moment est de savoir quels sont les meilleurs moyens de rendre les plantes plus tolérantes. C’est quelque chose que nous devons résoudre car le changement se produit si rapidement », a déclaré Kramer, professeur émérite Hannah au Collège des sciences naturelles de MSU. « Nous pensons que la nature a trouvé beaucoup de solutions; nous devons juste comprendre comment elles fonctionnent. »
Kramer et ses collègues ont maintenant découvert une solution potentielle dans un seul acide gras qui a un impact profond sur la façon dont différentes plantes de niébé tolèrent le refroidissement. Les chercheurs ont publié leurs travaux en ligne le 16 mars dans la revue Plante, Cellule & Environnement.
Ces connaissances pourraient un jour aider certaines cultures à pousser dans plus d’endroits, leur permettant de tolérer un plus large éventail de conditions. Il a également le potentiel d’aider les producteurs qui souhaitent planter leurs cultures plus tôt afin qu’ils puissent récolter avant les stress les plus sévères dus à la chaleur et aux ravageurs en été.
Que ces possibilités proviennent d’un seul acide gras a été une surprise.
« Nous ne nous attendions pas à ce qu’un acide gras puisse être un facteur majeur », a déclaré le premier auteur de l’étude, Donghee Hoh, chercheur associé au laboratoire de Kramer.
C’est parce que les plantes utilisent une myriade d’acides gras pour aider à réguler les processus critiques, notamment la photosynthèse.
« Les scientifiques étudient ces acides gras depuis des décennies et nous ne savons toujours pas pourquoi la nature en fabrique autant », a déclaré Kramer, qui travaille au laboratoire de recherche sur les plantes MSU-DOE, qui est soutenu par le département américain de l’énergie.
La sagesse conventionnelle soutenait que c’était probablement le rapport entre les acides gras saturés et les acides gras insaturés dans les chloroplastes d’une plante qui déterminait comment une plante se comportait lorsque les températures diminuaient.
Ainsi, l’équipe a été surprise de trouver un seul « super gras » jouant un rôle aussi important, a déclaré Hoh. Il s’avère que les plantes avec moins de cet acide gras ont mieux réussi à abaisser les températures que les plantes avec plus.
Pour faire cette découverte, l’équipe a dû effectuer de nombreuses mesures différentes sur de nombreuses plantes différentes.
« L’un des aspects les plus intéressants de notre recherche est l’approche elle-même, qui est assez différente des méthodes traditionnelles », a déclaré Hoh.
L’une de ces méthodes traditionnelles éprouvées implique ce qu’on appelle l’inactivation des gènes. Ici, les scientifiques suppriment ou « silencieux » le gène d’une plante pour tester ou déterminer sa fonction.
Bien qu’il s’agisse d’une simplification excessive d’une technique efficace, elle aide à illustrer ses limites. Cela peut être comme couper un seul fil dans une voiture pour voir si cela fait une différence dans la direction et la maniabilité du véhicule, a déclaré Kramer.
Ce que Hoh, Kramer et leurs collègues ont fait était différent. C’était plus comme prendre des pièces d’une flotte de voitures différentes, puis les combiner de différentes manières pour trouver l’arrangement qui leur donnait la meilleure maniabilité.
Pour ce faire, ils ont commencé par cultiver ensemble deux variétés différentes de niébé, également appelées doliques aux yeux noirs. Un cultivar de niébé est cultivé au Cameroun, juste au nord de l’équateur sur la côte ouest de l’Afrique. L’autre est cultivée en Californie où, étant plus éloignée de l’équateur, elle s’est adaptée pour vivre dans un climat qui peut devenir plus frais.
Certains des descendants étaient moins bons pour maintenir la photosynthèse à des températures plus basses que leurs parents, mais certains étaient meilleurs. En mesurant les différentes capacités photosynthétiques ainsi que les différentes génétiques et les différentes teneurs en acides gras de chaque plante, l’équipe a pu identifier la « super graisse ».
« Nous avons trouvé non seulement la graisse spécifique qui affecte la sensibilité au froid, mais aussi les gènes qui modulent cette graisse, nous aidant à nous rapprocher des plantes résistantes au climat », a déclaré Hoh.
Pour étayer cette affirmation, l’équipe s’est tournée vers une autre espèce de plante connue sous le nom d’Arabidopsis. Avec ces nouvelles connaissances en main, ils ont élevé des plantes d’Arabidopsis pour qu’elles aient plus ou moins d’acide gras qu’elles ne le feraient normalement. Chez Arabidopsis également, moins une plante avait d’acides gras, meilleure était sa réponse au froid.
La réalisation de toutes ces expériences et mesures a nécessité des outils de pointe et une collaboration couvrant un large éventail de compétences scientifiques. Le laboratoire de Christoph Benning, professeur de la Fondation MSU, professeur émérite universitaire et directeur du laboratoire de recherche sur les plantes MSU-DOE, a rejoint le groupe de Kramer. L’équipe de Kramer possède une vaste expérience dans l’étude de la photosynthèse et le développement de nouveaux outils nécessaires à cette fin, tandis que l’équipe de Benning est experte en acides gras végétaux.
« Ce travail a été rendu possible grâce aux outils que les laboratoires ont construits et à l’expertise de personnes comme Donghee pour effectuer les mesures », a déclaré Kramer. « Cela ne serait pas arrivé sans mettre tous ces composants ensemble. »
La question reste de savoir pourquoi moins de cet acide gras particulier est bénéfique pour les plantes, ce qui souligne un point que Kramer a fait plus tôt. La nature a développé des solutions assez impressionnantes, maintenant les scientifiques n’ont plus qu’à les comprendre.
Donghee Hoh et al, Les variations génétiquement déterminées de la photosynthèse indiquent des rôles pour des espèces d’acides gras spécifiques dans les réponses de refroidissement, Plante, Cellule & Environnement (2022). DOI : 10.1111/pce.14313