Une étude menée par des chercheurs du Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) améliore la compréhension des relations fonctionnelles des feuilles et fournit de nouvelles informations précieuses aux scientifiques modélisant la productivité de C4 cultures bioénergétiques.
L’équipe de recherche a découvert que le miscanthus et le sorgho — tous deux C4 espèces végétales – occupent une niche distincte du spectre économique des feuilles (LES), avec des taux de photosynthèse et une efficacité d’utilisation de l’azote plus élevés que le C plus commun3 végétaux.
L’étude, publiée dans Plante, Cellule & Environnement, était dirigée par le chercheur postdoctoral Shuai Li du CABBI, un centre de recherche sur la bioénergie financé par le département américain de l’énergie. Li travaille avec Lisa Ainsworth, physiologiste des plantes à l’unité de recherche sur le changement global et la photosynthèse du département américain de l’agriculture (USDA-ARS) et professeure auxiliaire de biologie végétale et à l’Institut Carl R. Woese de biologie génomique (IGB) au Université de l’Illinois Urbana-Champaign.
LES décrit les relations entre les traits des feuilles reflétant les compromis fondamentaux qui sous-tendent les stratégies écologiques clés pour l’acquisition et l’utilisation des ressources dans les plantes. Il est largement basé sur les informations de C3 espèce dans les milieux naturels et a été rarement étudiée en C4 cultures, qui utilisent un processus différent de fixation du carbone : C4 les plantes convertissent l’énergie solaire en molécules à 4 carbones, alors que le premier produit de photosynthèse de C3 plantes est une molécule à 3 carbones. C4 les plantes représentent environ 3 % des espèces de plantes terrestres, mais comprennent les principales sources de nourriture et de biocarburants dans le monde, comme le maïs, le sorgho et le miscanthus.
Les chercheurs du CABBI ont montré que C4 les cultures bioénergétiques occupent une gamme distincte de la LES, avec des taux de photosynthèse plus élevés et une plus grande efficacité d’utilisation de l’azote. En outre, Miscanthus × giganteus les génotypes avec différents niveaux de ploïdie (ou nombre de paires de chromosomes) présentent une divergence des traits foliaires et des relations fonctionnelles foliaires distinctes par rapport à C3 végétaux.
En élargissant les relations de traits décrites dans la LES pour inclure C4 cultures dans des conditions agricoles, l’étude améliore la compréhension des modèles mondiaux globaux dans les relations fonctionnelles des feuilles et offre un aperçu du potentiel de la ploïdie pour améliorer l’efficacité de l’utilisation des ressources, a déclaré Ainsworth.
« Cette étude a profité de diverses plantations de miscanthus dans l’Illinois et le Mississippi pour tester la variation des propriétés des feuilles dans différentes lignées et dans différents environnements », a déclaré Ainsworth. « Nous avons étudié l’investissement que différentes lignées de miscanthus font dans la structure des feuilles et la teneur en éléments nutritifs – des informations cruciales pour modéliser la productivité des cultures bioénergétiques et où elles peuvent être cultivées. »
Les co-auteurs du CABBI de l’étude comprenaient les professeurs Erik Sacks et DK Lee de l’Université de l’Illinois Crop Sciences et de l’IGB ; Andrew Leakey, directeur du CABBI et professeur et chef du département de biologie végétale, également à l’IGB ; le professeur Brian Baldwin et le professeur de recherche adjoint Jesse Morrison des sciences des plantes et des sols à l’Université d’État du Mississippi ; et Nicholas R. Labonte, ancien postdoc chez Sacks.
Autres co-auteurs : Christopher A. Moller et Noah G. Mitchell de l’IGB et de l’USDA-ARS ; Duncan G. Martin de biologie végétale à l’Illinois ; Sampurna Saikia des sciences des cultures à l’Illinois ; et John N. Ferguson de l’IGB et du Département des sciences végétales de l’Université de Cambridge, au Royaume-Uni.
