Quand les scientifiques piratent la photosynthèse

Tout au long de la phase de croissance des plantes, des nuages apparemment bénins passent au-dessus de millions d'hectares de cultures impactant ainsi leur productivité, ce qui coûte extrêmement cher en termes de rendement potentiel perdu. Des chercheurs ont récemment rapporté dans la revue Science avoir mis au point une solution et augmenté la productivité d'une culture en plein champ de 14 à 20 pour cent. Ils pensent que cette solution pourrait être appliquée aux cultures des denrées alimentaires de base pour aider à répondre aux futurs besoins dans ce domaine à l’échelle mondiale.

Quand le soleil est trop fort, vous mettez vos lunettes de soleil. Si vous retournez à l'ombre, vous pouvez vite les enlever. Les plantes ont développé leur propre système de protection solaire, appelé photoprotection, que les feuilles activent en plein soleil et éteignent lorsqu'elles sont ombragées par un nuage ou une autre feuille. Sans ce processus, la lumière du soleil provoquerait une oxydation et blanchirait les feuilles, ce qui équivaudrait pour la plante à un sévère coup de soleil.

Contrairement à vous, cela peut prendre plusieurs minutes ou plusieurs heures pour que la plante enlève ses lunettes de soleil et reprenne la photosynthèse - qui transforme la lumière en produit - à pleine capacité. Pendant ce temps, la plante élimine (détourne) une grande partie de l'énergie lumineuse sous forme de chaleur, mais elle aurait pu utiliser cette énergie pour produire plus de masse végétale. Les chercheurs ont calculé que cela coûtait aux plantes 7,5 à 40 pour cent de leur rendement, selon le type de plante et la température.

Steve Long, titulaire d’une chaire de professeur «Gutgsell» en Biologie Végétale et Sciences agronomiques à l'Université de l'Illinois, a fait équipe avec Krishna Niyogi, professeur à l'Université de Californie à Berkeley, pour augmenter les niveaux de trois protéines et accélérer le rétablissement des plantes après la photoprotection. Leurs plantes modifiées se sont révélées 14 à 20 pour cent plus productives que les plantes non modifiées lors d'essais reproduits sur le terrain.

Katarzyna Głowacka et Johannes Kromdijk, chercheurs postdoctoraux dans le laboratoire de Long, ont mené cette étude en utilisant des plantes de tabac parce qu'elles sont faciles à modifier génétiquement et sont donc de bons substituts aux cultures de denrées alimentaires, beaucoup plus difficiles à manipuler génétiquement. En cultivant du tabac lors d’essais sur le terrain, ils ont pu étudier comment les plantes réagissent dans des conditions réelles avec des variables non contrôlées, comme la lumière du soleil, les nuages et la pluie. L'intention n’est pas d'utiliser ce tabac "amélioré" pour autre chose que ces expériences ; il s’agit là simplement d’un banc d'essai pour voir si la technologie fonctionne.

Maintenant que les tests montrent que c’est le cas, les chercheurs se lancent dans la tâche plus difficile de transférer ces résultats à des cultures de denrées alimentaires plus importantes comme le riz, le manioc et le niébé. Le riz est à l’origine, pour l’homme, d’une production de calories plus importante que n'importe quelle autre culture dans le monde. Le riz produit 176’000 calories par hectare par jour et le manioc plus de 250’000. Ces cultures sont particulièrement importantes pour les petits exploitants agricoles d'Afrique subsaharienne et d'Asie du Sud-Est qui ont besoin de produire plus de nourriture pour subvenir aux besoins de leur famille et de leur communauté.

Cela fonctionnera-t-il ? Le mécanisme qui a été modifié dans le tabac est semblable à celui utilisé par toutes les plantes cultivées, de sorte que les chercheurs ont toutes les raisons de penser que cela sera le cas. La Fondation Bill & Melinda Gates, qui a financé ces travaux, s’assurera que cette technologie parvienne à ces agriculteurs à un coût réduit.

Aujourd'hui, nous avons en apparence une abondance de nourriture, alors pourquoi nous donner la peine d'en faire plus? Steve Long souligne qu'avec les obstacles réglementaires, les essais à réaliser et la reproduction de ces résultats à grande échelle, il faudra au moins 15 à 20 ans pour les transférer de leur laboratoire aux champs des agriculteurs. Entre-temps, d'ici 2050, nous allons devoir augmenter notre production de nourriture de 70 % par rapport à aujourd’hui, selon l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture. David Tillman, professeur «Regents» et titulaire d’une chaire présidentielle «McKnight» d'écologie à l'Université du Minnesota, suggère qu'il s'agit plutôt d'une augmentation de 100 % de la quantité de nourriture. Cet écart entre la découverte et son déploiement sur le terrain signifie que nous ne sommes qu'à un cycle de reproduction des cultures de la famine. Nous devons donc innover maintenant pour notre avenir.

Cette étude est prometteuse, car elle montre que nous pourrions répondre à cette demande pressante et d'une manière dont beaucoup de scientifiques doutaient autrefois. En effet, modifier les mécanismes photosynthétiques pour augmenter le rendement des cultures a été pendant longtemps considéré comme le «Saint Graal» de la biologie végétale. C’est maintenant le meilleur moment pour lancer la prochaine révolution verte et répondre aux exigences alimentaires du XXIe siècle.

Traduit par TranslationBunny, Bunny Inc.