"La façon dont la cellulose est transportée puis assemblée dans la paroi cellulaire est un problème du Saint Graal en biologie végétale", a déclaré Loren Hough, responsable du programme Systèmes biologiques et biologie synthétique du Bureau des sciences du DOE, Bureau des sciences énergétiques de base. "Cette étude révèle comment les éléments constitutifs de la cellulose s'assemblent pour former le produit final dans la paroi cellulaire de la plante."
La cellulose est une longue chaîne composée de molécules plus petites appelées glucose. L’un des grands mystères est de savoir pourquoi la cellulose s’assemble sous une forme si rigide au sein de la plante.
La cellulose est produite dans une chaîne d’assemblage spécialisée à l’intérieur des cellules végétales appelée complexe cellulose synthase. Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Nature, des chercheurs chinois, dirigés par Jiayang Li de l'Académie chinoise des sciences, ont examiné de près la chaîne de montage grâce à la cryomicroscopie électronique. L'instrument permet aux chercheurs d'examiner des protéines, comme les synthases de cellulose, lorsqu'elles sont gelées en action, révélant ainsi des détails sur la façon dont les protéines accomplissent des tâches spécifiques.
Les chercheurs ont créé des complexes enzymatiques de cellulose synthase qu’ils ont pu étudier avec cette technique de cryomicroscope électronique. Ils ont ensuite pu reconstruire un modèle détaillé montrant les complexes protéiques impliqués dans la synthèse de la cellulose.
Les chercheurs ont découvert que l’hémicellulose agit comme une colle qui guide la production de cellulose au sein des parois cellulaires des plantes. L'étude a révélé comment les colles s'assemblent pour créer une matrice solide de chaînes de cellulose.
"Les chercheurs ont pu voir les hémicelluloses interagir avec un complexe transmembranaire de cellulose synthase alors qu'elles synthétisent des chaînes de cellulose", a déclaré Hough.
Comprendre ce mécanisme de croissance des plantes pourrait conduire au développement de nouvelles plantes produisant des fibres de cellulose plus nombreuses et plus résistantes. Ce matériau amélioré pourrait être utilisé pour fabriquer des biocarburants, du papier, des textiles et d’autres produits.
"La cellulose est l'une des ressources renouvelables les plus importantes de la planète", a déclaré Michael Himmel, directeur du BioEnergy Science Center (BESC), un centre de recherche en bioénergie (BRC) du DOE. « Cette étude constitue une avancée majeure dans notre compréhension de la production de cellulose dans les plantes. Il est passionnant de réfléchir aux possibilités d’utilisation de cette ressource vitale dans les biocarburants et d’autres applications liées à l’énergie.
L'étude contribue également au projet Agile BioFoundry financé par le DOE. L’Agile BioFoundry repousse les frontières de la biologie synthétique en développant une « fonderie agile » capable de concevoir, fabriquer et tester de nouveaux circuits génétiques et des cellules entières à partir de zéro. Le travail publié dans Nature est un excellent exemple de fonderies agiles en action.
"Cette recherche montre comment les découvertes fondamentales liées à la biologie végétale peuvent être accélérées par la plateforme de biologie synthétique en libre accès d'Agile BioFoundry", a déclaré Chris Voigt, directeur d'Agile BioFoundry et professeur de génie biomédical au Massachusetts Institute of Technology.
