Chaque jour, des plantes du monde entier accomplissent un miracle invisible. Ils prélèvent le dioxyde de carbone de l’air et, avec l’aide de la lumière du soleil, le transforment en d’innombrables produits chimiques essentiels aux plantes et aux humains.
Certains de ces produits chimiques, connus sous le nom de composés aromatiques, sont la matière première d’une multitude de médicaments utiles, tels que l’aspirine et la morphine. Pourtant, bon nombre de ces produits chimiques proviennent de combustibles fossiles, car il est difficile de faire en sorte que les plantes en fabriquent suffisamment pour les récolter de manière économique. D’autres sont des nutriments humains essentiels et ne peuvent être obtenus que par notre alimentation puisque notre corps est incapable de les fabriquer.
Dans de nouveaux travaux, des scientifiques de l’Université du Wisconsin-Madison ont identifié un moyen de relâcher les freins à la production d’acides aminés aromatiques par les plantes en modifiant ou en mutant un ensemble de gènes. Le changement génétique a également amené les plantes à absorber 30% de dioxyde de carbone en plus que la normale, sans aucun effet néfaste sur les plantes.
Si les scientifiques pouvaient ajouter un trait comme celui-ci aux cultures ou aux plantes productrices de médicaments, cela pourrait les aider à produire plus de produits chimiques naturellement tout en réduisant les gaz à effet de serre dans l’atmosphère.
« Nous nous intéressons depuis longtemps à cette voie des acides aminés aromatiques, car c’est l’une des principales voies végétales qui transforment le carbone fixé par la photosynthèse en médicaments, aliments, carburants et matériaux », explique Hiroshi Maeda, professeur de botanique à l’UW-Madison. conduit la nouvelle recherche. « Maintenant, pour la première fois, nous avons découvert comment réguler le bouton de commande clé que les plantes utilisent pour augmenter la production de cette voie. »
Maeda et son équipe, dirigée par les chercheurs postdoctoraux Ryo Yokoyama et Marcos Vinicius Viana de Oliveira, ont publié leurs conclusions le 8 juin dans Avancées scientifiques.
Normalement, les plantes contrôlent étroitement la production d’acides aminés aromatiques en construisant des freins naturels au processus. Lorsque les plantes ont produit suffisamment d’acides aminés, tout le système s’arrête.
Les plantes mutées que l’équipe de Maeda a découvertes à l’aide de la plante modèle Arabidopsis ont des freins beaucoup moins sensibles grâce à des mutations dans un gène appelé DHS, qui déclenche la production d’acides aminés aromatiques. Le résultat est que la plante ne sait pas quand s’arrêter et continue de produire ces composés.
Les scientifiques ont été surpris de découvrir que les plantes mettaient la photosynthèse en surmultipliée, absorbant beaucoup plus de dioxyde de carbone dans la plante pour alimenter ce nouveau boom de production.
« Nous pensons que l’augmentation de la photosynthèse fait deux choses. La première consiste à fournir de l’énergie supplémentaire pour faire fonctionner cette voie énergétiquement coûteuse. La seconde consiste à fournir plus de blocs de carbone pour fabriquer des produits chimiques aromatiques énergétiquement denses », explique Maeda.
Certains de ces composés à haute densité énergétique, comme la lignine, pénètrent dans la paroi cellulaire, où ils fabriquent un fourrage utile pour les biocarburants.
Arabidopsis est simplement une petite plante de moutarde. Bien qu’il s’agisse d’un modèle utile en laboratoire, il ne produit rien de valeur. Le co-auteur de Oliveira a pour objectif de tester des mutations similaires dans les cultures – qui absorbent d’énormes quantités de dioxyde de carbone chaque année – ou dans les plantes qui produisent des produits chimiques aromatiques précieux.
« Ces freins que nous avons identifiés semblent très similaires parmi différentes plantes. Ainsi, étendre cette découverte aux cultures ouvre de nombreuses possibilités, comme enrichir notre alimentation avec des nutriments essentiels ou améliorer la production de bioénergie, tout en capturant plus de dioxyde de carbone de l’atmosphère pour ralentir le réchauffement climatique. « , dit de Oliveira.
Ryo Yokoyama et al, Les mutations ponctuelles qui stimulent la production d’acides aminés aromatiques et l’assimilation du CO2 dans les plantes, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abo3416