CO₂ fait face à des barrières lors de son déplacement à travers la feuille, y compris ses propres parois cellulaires. Des chercheurs du Long Lab ont découvert qu'en augmentant la perméabilité et en réduisant légèrement l'épaisseur des parois cellulaires, ils pouvaient augmenter le CO₂ diffusion et absorption dans une culture modèle.

"Il s'agit de l'un des rares tests de concept réussis montrant que nous pouvons générer une augmentation de la conductance du mésophylle et que cela entraîne une augmentation de la photosynthèse sur le terrain", a déclaré Coralie Salesse-Smith, chercheuse postdoctorale au Long Lab et auteur principal d'une étude. article sur la recherche, publié dans le Plant Biotechnology Journal .

"La théorie nous montre qu'il est possible d'augmenter la conductance de la mésophylle pour augmenter la photosynthèse sans avoir à payer davantage d'eau. Ceci est important compte tenu du besoin urgent d'une production agricole accrue et d'une utilisation durable de l'eau."

La photosynthèse est le processus naturel utilisé par toutes les plantes pour convertir la lumière du soleil, l’eau et le dioxyde de carbone en énergie et en rendements. CO₂ Le voyage de la plante pour devenir un sucre (énergie) utile pour la plante commence lorsqu'il passe à travers de minuscules trous dans les feuilles appelés stomates.

Pour que le CO₂ pour atteindre le chloroplaste (où il est transformé en sucre), il doit traverser un certain nombre de barrières, dont la paroi cellulaire. L'équipe a émis l'hypothèse que si elle pouvait améliorer le CO₂ la diffusion à travers la paroi cellulaire en facilitant le franchissement de ces barrières, cela améliorerait la conductance de la mésophylle et, par conséquent, l'efficacité photosynthétique. L'augmentation de la conductance de la mésophylle signifie que plus de CO₂ sera disponible pour que la plante se transforme en nourriture.

Un article précédent rédigé par les collègues de Salesse-Smith, Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), a montré que des parois cellulaires plus fines sont associées à une conductance mésophylle plus élevée. Cela suggère que diminuer intentionnellement l'épaisseur des murs pourrait modifier la facilité avec laquelle le CO₂ se déplace à travers les feuilles, augmentant potentiellement la photosynthèse. Inspiré par cet article, Salesse-Smith a voulu tester cette idée dans une usine modèle.

Après une revue de la littérature, Salesse-Smith s'est concentrée sur la surexpression ou l'augmentation de la quantité de CGR3, un gène dont il a été démontré qu'il modifie les composants de la paroi cellulaire. Ce gène a été inséré dans une espèce de tabac et cultivé aux côtés de plantes dépourvues du gène lors d’un essai sur le terrain au cours de la saison de croissance 2022. Le tabac a été utilisé comme plante modèle parce qu'il est plus facile à travailler en laboratoire et sur le terrain, et aussi parce qu'il a permis aux chercheurs de tester la génétique à un rythme plus rapide qu'avec une culture vivrière.

"Cibler la paroi cellulaire était très important car c'est l'un des principaux composants limitant la conductance du mésophylle. Diminuer son épaisseur et la rendre plus perméable faciliterait le passage du CO₂ pour accéder au site de fixation du carbone", a déclaré Salesse-Smith, chercheur postdoctoral RIPE au Long Lab de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign.

"En surexprimant le gène ciblé, nous avons pu diminuer l'épaisseur de la paroi cellulaire et augmenter sa perméabilité, ce qui, comme nous l'avions supposé, a fini par augmenter la conductance du mésophylle et, par conséquent, la photosynthèse."

RIPE, qui est dirigé par l'Illinois, améliore les cultures pour qu'elles soient plus productives en améliorant la photosynthèse, le processus naturel utilisé par toutes les plantes pour convertir la lumière du soleil en énergie.

Les plantes surexprimant le gène CGR3 ont montré une diminution de l'épaisseur de la paroi cellulaire de 7 à 13 % et une augmentation de la porosité de 75 % par rapport aux plantes sans ce gène ajouté. L'équipe a atteint son objectif de modifier la paroi cellulaire, mais la véritable mesure du succès a été lorsque les données ont également montré une augmentation de 8 % de la photosynthèse sur le terrain.

"Nous espérions que cette modification permettrait d'éliminer davantage de CO₂ entrer dans le chloroplaste et être utilisé pour créer de l'énergie sous forme de sucre, et c'est ce qui s'est passé, mais ce n'est pas parce que cela a fonctionné dans une culture modèle que vous obtenez les mêmes résultats avec une culture vivrière", a déclaré Salesse- Forgeron.

"Il est important de tester ce qui se passe dans le soja pour voir si les mêmes améliorations de la conductance de la mésophylle et de la photosynthèse seront obtenues, et si cela entraînera une amélioration du rendement."

Forte de ces résultats, l'équipe travaille à tester cette modification dans le soja, pour voir si une photosynthèse accrue, une efficacité d'utilisation de l'eau et un rendement accrus peuvent être obtenus dans une culture vivrière. Les essais au champ du soja pourraient avoir lieu dès la saison de croissance 2025.