L’étude, publiée dans la revue Les avancées scientifiques, ouvre la voie à la façon dont les usines intelligentes pourraient être conçues à l’avenir pour améliorer leur productivité et leur rendement.

La recherche – menée au Département des sciences végétales de l’Université de Cambridge et dirigée par le Dr Pallavi Singh, actuellement à l’École des sciences de la vie de l’Université d’Essex – s’est concentrée sur la photosynthèse, qui est l’un des processus les plus complexes et les plus importants qui les plantes utilisent pour transformer la lumière, le dioxyde de carbone et l’eau en sucres qui alimentent la vie sur Terre.

Il existe deux types de photosynthèse : C3 et C4. La plupart des cultures vivrières – telles que le riz, le blé, l’orge et l’avoine – dépendent de la photosynthèse moins efficace en C3, où le carbone est fixé dans le sucre à l’intérieur de cellules appelées «mésophylle» où l’oxygène est abondant. Cependant, l’oxygène peut entraver la photosynthèse. Les cultures C4 – telles que le maïs, la canne à sucre, le sorgho et les millets – ont développé des cellules spécialisées de « gaine en faisceau » pour concentrer le dioxyde de carbone, ce qui rend la photosynthèse C4 jusqu’à 60 % plus efficace, en particulier dans les environnements chauds et secs.

En raison de l’augmentation globale des températures, les plantes C3 poussent dans des régions souvent chaudes et sèches, ce qui signifie qu’elles pourraient bénéficier des mécanismes d’économie d’énergie de la photosynthèse C4. Cependant, la photosynthèse C4 est très complexe, mal comprise et n’a été étudiée principalement que gène par gène pour voir si son mécanisme peut être utilisé pour améliorer la productivité des cultures C3.

Le projet de recherche de cinq ans a adopté une approche plus globale et plus globale pour étudier les différences entre C4 et C3. En collaboration avec le professeur Julian Hibberd et ses collègues de Cambridge, les recherches du Dr Singh ont fourni de nouvelles informations sans précédent sur l’évolution de la photosynthèse C4, en constatant que les plantes C4 ont acquis plus d ‘«éléments régulateurs de la lumière» – qui sont comme des interrupteurs principaux pour la photosynthèse – donc pavage la façon de concevoir des usines C3 pour qu’elles ressemblent davantage à des usines C4.

« Nous sommes ravis que nos recherches apportent des avancées significatives dans notre compréhension actuelle des raisons pour lesquelles les plantes C4 sont plus efficaces pour la photosynthèse », a déclaré le Dr Singh. « Avec l’explosion démographique mondiale, la sécurité alimentaire future sera un problème croissant dans le monde entier, et nous devons trouver des solutions scientifiques pour rendre nos cultures plus efficaces afin qu’elles améliorent leurs rendements et développent de meilleurs mécanismes pour faire face au changement climatique afin que nous puissions nourrir la planète. »

La recherche a été financée par le Conseil européen de la recherche et le Conseil de recherche en biotechnologie et en sciences biologiques.