Une équipe de recherche du Brookhaven Lab dirigée par John Shanklin (debout, arrière) ont exploré des stratégies pour augmenter la production et l'accumulation d'huile dans les feuilles des plantes. Zhiyang Zhai (assis, holding) a réalisé les études biochimiques et génétiques avec le soutien technique de Hui Liu (à gauche) et l'aide à l'interprétation des données de Changcheng Xu (à droite). Crédit :Laboratoire national de Brookhaven
Mangez trop sans faire d'exercice et vous prendrez probablement quelques kilos. Comme il s'avère, les feuilles des plantes font quelque chose de similaire. Dans une nouvelle étude menée au laboratoire national de Brookhaven du département de l'Énergie des États-Unis, les scientifiques montrent que la rétention de sucres dans les feuilles des plantes peut aussi les faire grossir.
Chez les plantes, cette accumulation de graisse supplémentaire pourrait être une bonne chose. Cela pourrait aider à transformer les plantes en usines de fabrication de biocarburants et d'autres produits chimiques utiles. Mais vous ne pouvez pas simplement donner aux plantes des biscuits et des beignets pour que les feuilles produisent plus d'huile.
« Les plantes fabriquent leur propre nourriture, " a déclaré John Shanklin, le biochimiste de Brookhaven Lab qui a dirigé la recherche. "Ils convertissent la lumière du soleil, l'eau, et du dioxyde de carbone en sucres par photosynthèse, et ces sucres sont généralement transportés des feuilles vers d'autres parties de la plante, et convertis en d'autres composés dont les plantes ont besoin pour leur croissance et leur développement. Les huiles ont tendance à ne pas s'accumuler à des niveaux élevés, sauf dans certaines graines."
Pour faire pencher la balance en faveur d'une production et d'une accumulation d'huile plus élevées dans les feuilles - qui seraient plus abondantes et accessibles que les graines pour fabriquer des produits chimiques biosourcés - les scientifiques avaient besoin d'une connaissance détaillée des processus biochimiques qui conduisent les voies métaboliques et les gènes qui contrôlent eux. Comme décrit dans un article publié dans la revue Plant Physiology, l'équipe de Brookhaven a sélectionné des plantes pour combiner une série de traits qui ont bloqué certaines des voies de transport et de conversion du sucre, ce qui a entraîné une augmentation de la production et de l'accumulation de pétrole.
Ce graphique montre comment la combinaison de mutations génétiques peut augmenter l'accumulation d'huile dans les feuilles d'une plante de laboratoire commune. A est la plante d'Arabidopsis de type sauvage sans mutations; B est Arabidopsis avec deux mutations qui perturbent à la fois le transport du sucre hors des feuilles et la conversion du sucre en amidon; C a les mêmes mutations que B plus deux mutations supplémentaires :une pour bloquer une autre voie de conversion du sucre, et un pour bloquer le transport des lipides. Les résultats suggèrent que cette stratégie biochimique-génétique pourrait contribuer à augmenter la production et l'accumulation de pétrole dans les tissus végétatifs des plantes cultivées pour les biocarburants ou d'autres produits de base. Crédit :Laboratoire national de Brookhaven
Les scientifiques soupçonnaient que garder plus de sucre dans les feuilles augmenterait la production d'huile dans ces tissus végétatifs sur la base de leurs recherches antérieures. Ce travail a identifié comment des niveaux élevés de sucre inhibent une protéine régulatrice qui joue un rôle clé dans la dégradation d'une autre protéine qui sert d'interrupteur pour activer les gènes de production de pétrole. Dans l'étude actuelle, les scientifiques ont découvert des niveaux accrus de la protéine de commutation ainsi que des niveaux plus élevés de précurseurs d'huile et d'huile.
"La combinaison de mutations génétiques qui diminuent le transport du sucre hors des feuilles et la conversion des sucres en amidon augmente les niveaux de sucre dans les feuilles, " Shanklin a déclaré. " Cet excès de sucre entraîne une augmentation de la production de pétrole en stabilisant l'huile sur le commutateur, et aussi en fournissant les blocs de construction de carbone nécessaires pour fabriquer plus d'huile dans les feuilles. »
Les scientifiques ont également sélectionné des plantes qui combinaient les caractéristiques d'augmentation du sucre avec d'autres mutations, dont un qui limitait la dégradation des lipides végétaux, ce qui a entraîné une augmentation supplémentaire de l'accumulation de précurseurs d'huile dans les feuilles.
« Dans plusieurs cas, des combinaisons de ces mutations ont aidé le métabolisme des plantes à produire et à stocker plus d'huile que prévu dans les feuilles, ", a déclaré Shanklin.
« Les résultats de ces études biochimiques-génétiques fondamentales fournissent des informations précieuses sur la relation entre le sucre, précurseurs pétroliers, et l'accumulation d'huile dans les feuilles qui aidera à éclairer les efforts biotechnologiques pour optimiser l'accumulation d'huile dans les tissus végétatifs des plantes économiquement importantes.
