La photosynthèse est le processus que les plantes utilisent pour transformer la lumière, le dioxyde de carbone et l’eau en sucres qui alimentent la croissance des plantes, en utilisant l’enzyme photosynthétique primaire Rubisco.
La majorité des espèces végétales sur Terre utilise la photosynthèse C3, dans laquelle le premier composé de carbone produit contient trois atomes de carbone., Dans ce processus, le dioxyde de carbone pénètre dans une plante par ses stomates (pores microscopiques sur les feuilles des plantes), où au milieu d’une série de réactions complexes, l’enzyme Rubisco fixe le carbone dans le sucre à travers le cycle de Calvin-Benson. Cependant, deux restrictions clés ralentissent la photosynthèse.
- Rubisco vise à fixer le dioxyde de carbone, mais peut également fixer les molécules d’oxygène, ce qui crée un composé toxique à deux carbones. Rubisco fixe l’oxygène environ 20 pour cent du temps, initiant un processus appelé photorespiration qui recycle le composé toxique., La photorespiration coûte l’énergie végétale qu’elle aurait pu utiliser pour la photosynthèse.
- Lorsque les stomates sont ouverts pour laisser entrer le dioxyde de carbone, ils laissent également sortir la vapeur d’eau, ce qui désavantage les plantes C3 dans les environnements de sécheresse et de haute température.
Cependant, les plantes ont développé une autre forme de photosynthèse pour aider à réduire ces pertes dans les environnements chauds et secs. Dans la photosynthèse C4, où un composé à quatre carbones est produit, l’anatomie unique des feuilles permet au dioxyde de carbone de se concentrer dans les cellules de la « gaine de faisceau » autour de la Rubisco., Cette structure fournit du dioxyde de carbone directement à Rubisco, éliminant efficacement son contact avec l’oxygène et le besoin de photorespiration. De plus, cette adaptation permet aux plantes de retenir l’eau grâce à la capacité de continuer à fixer le carbone pendant que les stomates sont fermés.
Les plantes C4—y compris le maïs, la canne à sucre et le sorgho—évitent la photorespiration en utilisant une autre enzyme appelée PEP lors de la première étape de fixation du carbone. Cette étape a lieu dans les cellules mésophylles situées à proximité des stomates où le dioxyde de carbone et l’oxygène pénètrent dans la plante., Le PEP est plus attiré par les molécules de dioxyde de carbone et est donc beaucoup moins susceptible de réagir avec les molécules d’oxygène. Le PEP fixe le dioxyde de carbone dans une molécule à quatre carbones, appelée malate, qui est transportée vers les cellules plus profondes de la gaine du faisceau contenant de la Rubisco. Le malate est ensuite décomposé en un composé qui est recyclé en PEP et en dioxyde de carbone que la Rubisco fixe en sucres—sans avoir à traiter avec les molécules d’oxygène qui sont abondantes dans les cellules du mésophylle.,
Les plantes C3 n’ont pas la structure anatomique (pas de cellules de gaine de faisceau) ni l’abondance de PEP carboxylase pour éviter la photorespiration comme les plantes C4. L’un des objectifs du projet RIPE est de créer une voie plus efficace pour la photorespiration afin d’améliorer la productivité des cultures C3.
Le projet RIPE travaille également à améliorer la photosynthèse dans les cultures C3 afin d’assurer une plus grande sécurité alimentaire dans les scénarios climatiques futurs., Les plantes C3 sont limitées par le dioxyde de carbone et peuvent bénéficier de l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique résultant de la crise climatique. Cependant, cet avantage peut être compensé par une augmentation simultanée de la température qui peut causer un stress stomatique.
Les plantes C3 comprennent certaines des sources de calories les plus importantes du monde: niébé, manioc, soja et riz. Les régions où ces cultures sont cultivées sont souvent chaudes et sèches, ce qui signifie qu’elles pourraient bénéficier des mécanismes d’économie d’énergie de la photosynthèse C4., Alors que la photosynthèse C3 a plus de place pour l’amélioration, nos modèles informatiques suggèrent que nous pouvons améliorer les deux types de photosynthèse pour augmenter la production végétale.
Par: Katherine Meacham-Hensold || Édité par: Amanda Nguyen
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