Des scientifiques qui étudient la biochimie végétale au laboratoire national de Brookhaven du département américain de l'Énergie ont découvert de nouveaux détails sur les biomolécules qui freinent la production de pétrole. Les résultats suggèrent que la désactivation de ces freins biomoléculaires pourrait pousser la production de pétrole à la vitesse supérieure, une voie possible vers la génération de biocarburants et de bioproduits végétaux abondants. L'étude paraît dans la revue Physiologie végétale .

"Il est normal que les cellules végétales régulent à la baisse la production d'huile lorsque nous leur donnons un excès d'acides gras, et cette étude confirme notre hypothèse sur la façon dont ils le font. Mais nous avons également découvert que les freins sur la production de pétrole sont partiellement activés même dans des conditions normales, ce qui était une grande surprise, " a déclaré le biochimiste du Brookhaven Lab, John Shanklin, qui a dirigé la recherche.

"Ce serait comme conduire une voiture pendant plusieurs années et découvrir un jour qu'un frein de stationnement dont vous ignoriez l'existence était en place depuis le début. Lorsque vous retirez ce frein, la voiture a beaucoup plus de puissance; c'est ce que l'on vient de découvrir pour la production d'huile végétale, " il a dit.

Un équilibre délicat

La biomolécule au cœur de cette étude est l'enzyme qui détermine le taux de production de pétrole. Cette enzyme, connu sous le nom d'ACCase, est une protéine composée de quatre sous-unités, qui sont tous nécessaires au fonctionnement de l'enzyme. Avec les quatre sous-unités en place, l'enzyme entraîne la première étape de la synthèse des acides gras, composants clés des huiles.

Des travaux antérieurs du groupe de Shanklin en 2012 ont révélé que lorsque les cellules végétales étaient nourries avec un excès à court terme d'acides gras (d'une durée inférieure à deux jours), une boucle de rétroaction inhibe cette enzyme, donc la production de pétrole ralentirait. Tant que les concentrations d'acides gras ont chuté dans les deux jours, l'enzyme et la production d'huile se remettraient en marche. Mais un excès d'acides gras à plus long terme désactiverait définitivement l'enzyme. À l'époque, les scientifiques connaissaient plusieurs façons d'inhiber l'enzyme, mais aucune de ces voies ne pouvait expliquer l'inhibition irréversible qu'ils observaient.

Lorsque des collègues de l'Université du Missouri ont découvert une version inactive de l'une des quatre sous-unités enzymatiques en 2016, Shanklin soupçonnait que cette sous-unité inactive pourrait être la cause de l'arrêt permanent en prenant la place de l'une des sous-unités actives de l'enzyme. Il a conçu cette nouvelle étude pour tester cette hypothèse.

Le membre de l'équipe Hui Liu a obtenu des plantes dans lesquelles les gènes qui codent pour les sous-unités inactives ont été individuellement désactivés. Elle a utilisé ces variantes pour élever des plantes qui avaient des combinaisons de sous-unités désactivées. Si l'idée de Shanklin était correcte, les cellules avec des sous-unités inactives désactivées auraient une capacité inférieure à désactiver l'enzyme.

"Nous soupçonnions que la désactivation des gènes éteindrait l'interrupteur de la production de pétrole, permettant aux cellules végétales de produire plus d'huile, " expliqua Shanklin.

Lorsque le membre de l'équipe Jan Keereetaweep a testé cette idée en nourrissant les cellules végétales en excès d'acides gras, c'est exactement ce qui s'est passé :les cellules avec des combinaisons de gènes désactivés n'ont pas arrêté la production de pétrole de la même manière que les cellules avec les gènes normaux.

"Il y avait 50 pour cent moins d'inhibition de la production d'huile dans les cellules avec des gènes désactivés par rapport aux cellules végétales de type sauvage, ", a déclaré Shanklin. Ce résultat a confirmé que la sous-unité inactive codée par les gènes normaux dans les plantes de type sauvage était bien ce qui a déclenché l'arrêt permanent de l'enzyme.

Mais la grande surprise est venue lorsque Keereetaweep a mesuré la synthèse des acides gras dans les cellules végétales avec des sous-unités inactives désactivées sans les nourrir artificiellement en excès d'acides gras et a comparé les résultats avec ceux des cellules végétales de type sauvage dans les mêmes conditions. Dans ces conditions normales, où vous ne vous attendriez pas à voir la production de pétrole inhibée, l'enzyme entraînant la production d'huile était significativement plus active dans les cellules végétales avec les gènes désactivés que dans les cellules végétales normales.

"Cela veut dire que, même dans des conditions normales, les sous-unités inactives freinent ACCase, réduire son activité et limiter la production de pétrole, " a déclaré Shanklin. " Désactiver les gènes de ces sous-unités inactives, c'est comme enlever les freins de la voiture, révélant le véritable potentiel du moteur."

"Ce projet a été une excellente collaboration entre Keereetaweep, Liu, et Zhiyang Zhai pour répondre à quelques questions scientifiques de base sur le métabolisme des plantes, " a noté Shanklin. " Maintenant, les connaissances qu'ils ont générées peuvent potentiellement étayer des stratégies visant à augmenter l'accumulation de pétrole dans les espèces végétales cultivées pour des applications telles que les biocarburants ou les bioproduits. »