Une équipe internationale de chercheurs a, pour la première fois, démontré qu’en corrigeant un problème commun de photosynthèse, le rendement d’une culture pourrait être amélioré d’environ 40 %. L’étude suggère qu’optimiser l’efficacité photosynthétique d’une plante pourrait augmenter considérablement la productivité alimentaire mondiale.

Images juxtaposées en entête : cultures de tabac non modifiées et modifiés pour la recherche présentée ici. (Paul F. South et col./ RIPE)

La photosynthèse, le processus par lequel une plante convertit l’énergie lumineuse en énergie chimique, n’est pas d’une totale efficacité. Une étape clé dans le processus de photosynthèse implique une enzyme appelée RuBisCO qui capte les molécules de dioxyde de carbone. Cependant, dans environ 25 % du temps, la RuBisCO collecte incorrectement des molécules d’oxygène, créant ainsi un sous-produit toxique pour les plantes qui perturbe l’ensemble du processus de photosynthèse. La photorespiration est le procédé utilisé par les plantes pour éliminer ces sous-produits problématiques.

Selon Paul South, auteur principal de la nouvelle recherche :

La photorespiration est anti-photosynthèse. Cela coûte à la plante une énergie et des ressources précieuses qu’elle aurait pu investir dans la photosynthèse pour produire plus de croissance et de rendement.

Dans les cultures vivrières comme le soja, le riz et le blé, on estime que la photorespiration peut absorber entre 20 et 50 % de l’énergie photosynthétique d’une plante. Il n’est donc pas surprenant que les scientifiques aient tenté de trouver des moyens de réduire le coût énergétique de la photorespiration.

Le Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE) est un projet de recherche international fondé en 2012 dont l’objectif principal est de trouver des moyens d’accroître le rendement des cultures vivrières en mettant au point des techniques de photosynthèse plus efficaces. Ainsi, au début de l’année 2018, le projet a révélé une percée génétique simple et passionnante qui a permis de réduire de 25 % le besoin en eau des cultures pour produire un rendement régulier.

Pour lutter contre le coût énergétique de la photorespiration, une équipe de scientifiques a travaillé à concevoir des voies photorespiratoires plus efficaces et beaucoup plus courtes. Ce travail incroyable a essentiellement permis de créer d’autres voies à l’intérieur d’une cellule végétale afin que les sous-produits toxiques puissent être éliminés plus efficacement en utilisant moins d’énergie et selon Stephen Long, directeur du RIPE :

Tout comme le canal de Panama a été un exploit technique qui a augmenté l’efficacité du commerce, ces raccourcis photorespiratoires sont un exploit technique qui s’avère un moyen unique d’augmenter considérablement l’efficacité de la photosynthèse.

Le nouveau procédé a ensuite été testé sur des cultures de tabac, un objectif commun à la recherche sur les cultures en raison de son cycle de vie rapide et de sa facilité à être modifié. Après deux ans d’essais en conditions réelles, les chercheurs ont constaté que les cultures modifiées poussaient plus haut, plus vite et produisaient jusqu’à 40 % plus de biomasse que leurs équivalents ordinaires.

La prochaine étape de la recherche consistera à appliquer cette technique à des cultures vivrières plus courantes comme le soja, le riz, la pomme de terre et la tomate dans l’espoir d’accroître le rendement de ces cultures. Les chercheurs pensent qu’il faudra bien plus d’une décennie avant que cette technique puisse être appliquée dans des conditions réelles.

Il y aura forcément une bataille réglementaire pour établir des profils d’innocuité avant qu’une telle culture vivrière génétiquement modifiée ne soit largement exploitée. Néanmoins, l’un des engagements fondamentaux du RIPE est que ces innovations en matière d’ingénierie alimentaire seront librement accessibles aux petits exploitants agricoles afin que ces percées technologiques puissent contribuer à nourrir les populations croissantes des pays du tiers monde.

Selon le chercheur principal Donald Ort, sur les avantages que cette percée pourrait avoir aux États-Unis :

Nous pourrions nourrir jusqu’à 200 millions de personnes supplémentaires avec les calories perdues chaque année par la photorespiration dans le Midwest des États-Unis. Récupérer ne serait-ce qu’une partie de ces calories à travers le monde contribuerait grandement à répondre à l’augmentation rapide de la demande alimentaire au XXIe siècle, due à la croissance démographique et à des régimes alimentaires plus riches en calories.

L’étude publiée dans Science : Synthetic glycolate metabolism pathways stimulate crop growth and productivity in the field et présentée sur le site de l’université de l’Illinois : Scientists engineer shortcut for photosynthetic glitch, boost crop growth 40% et sur le site du RIPE : Scientists engineer shortcut for photosynthetic glitch, boost crop growth by 40 percent.