Dopage in situ de la photosynthèse

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : photosynthèse, nourrir l'humanité

Les réactions de la photosynthèse sont parmi les plus importantes de la planète car elles permettent de fixer le carbone du CO2 dans la matière organique grâce à l'énergie lumineuse. Or la photosynthèse effectuée par les êtres vivants est loin d'avoir un rendement optimal, limité notamment par le taux de CO2 (la limitation due à ce facteur a tendance à être moins importante au fur et à mesure que le taux de CO2 atmosphérique augmente "grâce" aux activités humaines), l'accès à l'eau et la limitation de capture des photons : pour ce dernier point le spectre "utile" de la lumière solaire est fonction des pigments photosynthétiques que la plante produit. Elargir ce spectre devrait permettre d'augmenter l'efficacité de la photosynthèse. C'est ce qui a été réalisé par des ingénieurs américains avec des travaux publiés en Mars 2014 dans Nature Materials. Ils ont introduit des nanotubes de carbone dans les chloroplastes de cellules végétales et ont augmenté l'efficacité de la phase photochimique de la photosynthèse de 49% dans des chloroplastes isolés et de 30% dans des feuilles (de devinez qui ? Arabidopsis thaliana évidemment). Les nanotubes introduits sont connus pour absorber sur un très large spectre la lumière de l'ultra-violet au proche infrarouge. Par un mécanisme encore inconnu, l'énergie ainsi récupérée a été transmise à la chlorophylle a. 

Pour faire rentrer les nanotubes dans les chloroplastes, ils ont fait entrer une suspension de nanotubes par les stomates dans les feuilles et le passage à travers les membranes a été obtenu en recouvrant les nanotubes d'ADN (!!). Les ingénieurs ont aussi ajouté dans les cellules des molécules qui tamponnent la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) qui est une conséquence attendue d'un emballement de la machine photosynthétique et qui pourrait endommager les cellules. 

Voilà donc la naissance d'une nouvelle discipline : la nanobionique végétale ! Evidemment doper la photosynthèse pourrait être une réponse pour de meilleurs rendements dans le but de mieux nourrir l'humanité, mais d'autres facteurs limitants peuvent intervenir (sels minéraux, eau, parasites...) et freiner l'enthousiasme. Par ailleurs, l'étude porte uniquement sur les phases photochimiques, il faut voir si le reste des "réactions" suit, notamment le cycle de Calvin. Aucune mesure de l'augmentation éventuelle de la productivité primaire n'a encore été faite.

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