Augmentation du rendement de la photosynthèse en C4 par la surexpression d'une seule protéine de la chaîne photosynthétique

Thèmes : photosynthèse, production primaire, flux d'énergie dans les écosystèmes, nourrir l'Humanité

La photosynthèse est un ensemble de réactions-clés dans la biosphère qui convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique avec un rendement assez faible (entre 3 et 6%). Beaucoup d'énergie se dissipent en chaleur ou n'est pas absorbée. De nombreux laboratoires cherchent à augmenter le rendement de la photosynthèse dans le but évident d'accélérer la croissance des plantes agricoles.

Des chercheurs australiens ont trouvé ce qui semble être un goulot d'étranglement dans la photosynthèse. Durant la phase dite lumineuse de la photosynthèse des électrons sont enlevés à l'eau et une série de réactions d'oxydoréductions a lieu dans la membrane des thylakoïdes des chloroplastes. Ces réactions mettent en jeu différents complexes.

Source : https://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis#/media/File:Thylakoid_membrane_3.svg

C'est dans le complexe cytochrome b6f (en bleu clair sur le schéma ci-dessus) que se trouve la protéine d'intérêt pour les chercheurs. Elle s'appelle FeS Rieske et elle contient un cluster Fer-Soufre. Les auteurs ont choisi la plante en C4 Setaria viridis, une Poacée très commune, pour surexprimer cette protéine. Résultat ? Le flux d'électrons a travers l'ensemble des photosystèmes a augmenté et le rendement de la photosynthèse a augmenté de 10%. Plus de complexes cytochrome b6f ont pu être isolés ce qui indique que la protéine FeS Rieske est un facteur limitant pour la production de l'ensemble du complexe. Les effets bénéfiques sur la photosynthèse étaient particulièrement marqués lorsque la plante était exposée à une forte luminosité, ce qui est logique : plus de lumière > plus d'électrons circulants > plus de sensibilité aux facteurs limitants.

Les auteurs soulignent aussi que beaucoup d'efforts ont été faits pour améliorer le rendement des plantes en C3 mais peu en C4 alors que des plantes très importantes pour l'agriculture comme le maïs, le sorgo ou la canne à sucre font partie de cette catégorie. Des tests sur le sorgo (5ème céréale la plus cultivée au monde) sont d'ailleurs déjà prévus. La prouesse est d'autant plus importante que les plantes en C4 ont une photosynthèse déjà optimisée par rapport aux plantes en C3, mais les résultats obtenus démontrent que l'efficacité peut encore être améliorée.

Par ailleurs, la protéine FeS Rieske n'est surement pas le seul goulot d'étranglement et la surexpression d'autres éléments de la chaîne d'oxydoréduction pourraient seuls ou en combinaison donner encore de meilleurs résultats. Néanmoins, les effets ont pour l'instant été testés à court terme. A long terme, il est possible que des effets délétères puissent apparaître (photoinhibition...). 

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