Les chercheurs jouent avec la photosynthèse du peuplier




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Les scientifiques étudient les moyens d’améliorer l’efficacité de l’utilisation de l’eau et la photosynthèse des peupliers afin de les rendre plus adaptables aux climats secs.

Transférer la photosynthèse économe en eau et suralimentée à partir de plantes, comme l'agave, dans des plantes à biomasse ligneuse, comme le peuplier, pourrait se prémunir contre les augmentations prévues à long terme des températures et la réduction des précipitations, mais ce n'est pas encore possible.

Une subvention multi-institutionnelle de 14,3 millions de dollars sur cinq ans du Département de l'énergie des États-Unis pour explorer les mécanismes génétiques de la synthèse nocturne et de la tolérance à la sécheresse chez les plantes adaptées au désert a été accordée à une équipe de chercheurs, dont John Cushman, professeur de biochimie à l'Université. du Nevada, Reno; Xiaohan Yang au laboratoire national d'Oak Ridge; James Hartwell de l'Université de Liverpool, Royaume-Uni; et Anne Borland de l'ORNL et de l'Université de Newcastle, Royaume-Uni. Ils visent à appliquer ces connaissances aux cultures de biocarburants.

L’objectif à long terme de la recherche proposée est d’améliorer l’efficacité de l’utilisation de l’eau et l’adaptabilité des usines de biomasse à des climats plus chauds et plus secs. Les mécanismes métaboliques des espèces qui effectuent normalement la photosynthèse pendant la journée seront modifiés afin que les plantes puissent absorber du dioxyde de carbone la nuit, lorsque le potentiel de perte d'eau est plus faible. Ce mécanisme spécialisé de la photosynthèse nocturne est connu sous le nom de métabolisme acide crassulacé, ou CAM.

L'équipe travaillera à développer des technologies pour repenser les cultures bioénergétiques afin qu'elles poussent sur des terres agricoles économiquement marginales et produisent des rendements de biomasse qui peuvent être facilement convertis en biocarburants. Le développement d'arbres à croissance rapide et économes en eau, comme les peupliers, pour des sites comme les déserts aidera également à réduire la concurrence avec les cultures vivrières pour les terres agricoles utilisables.

Les pores de la surface des feuilles des plantes, appelés stomates, s'ouvrent et se ferment à certains moments de la journée pour permettre l'échange d'eau et de dioxyde de carbone. Avec la CAM, l'échange se produit principalement la nuit, quand il fait plus frais et plus humide, et la photosynthèse C3 se produit pendant la journée d'une manière plus aqueuse. Les espèces CAM peuvent croître et prospérer avec environ 8 à 16 pouces de précipitations par an, bien moins que les 20 à 40 pouces par an requis pour les matières premières actuelles pour les biocarburants, comme le maïs et le soja.

«Afin d'identifier la« liste de pièces »optimale pour introduire des propriétés de type CAM dans d'autres plantes, nous entreprendrons des recherches révolutionnaires sur une gamme diversifiée de plantes utilisant la CAM, dans le but d'identifier les gènes et protéines clés nécessaires L'adaptation photosynthétique fonctionne efficacement », déclare James Hartwell, chercheur à l'Université de Liverpool, qui travaillera sur le projet.

Les propriétés de type CAM seront introduites dans les peupliers en utilisant des approches complètes de transformation des plantes.

«Nous allons introduire des changements qui permettront au peuplier d'absorber le dioxyde de carbone la nuit et ensuite de traiter ce carbone pendant la journée, tandis que les pores des feuilles restent fermés», explique la chercheuse Anne Borland, de l'Université de Newcastle. «En cas de succès, nos recherches pourraient conduire à des peupliers qui nécessitent jusqu'à 80 pour cent moins d'eau pour la production de biomasse et pourront par conséquent pousser dans des habitats plus marginaux. À plus long terme, la technologie a le potentiel d'aider à lutter contre la sécurité alimentaire en maintenant la productivité des cultures vivrières dans un monde plus sec et plus chaud que les climatologues prévoient pour les 60 prochaines années.

«Nous nous concentrons sur le peuplier en raison de sa nature à croissance rapide et de son habitat étendu, ce qui lui a valu une reconnaissance mondiale en tant que matière première dédiée à la production de biomasse; plus peuplier possède un riche portefeuille d'outils et de ressources génétiques et génomiques », explique Xiaohan Yang, du Oak Ridge National Laboratory. «L'efficacité d'utilisation de l'eau relativement faible résultant de la photosynthèse C3 chez le peuplier est un facteur limitant pour la production durable de biomasse de peuplier sur des terres marginales. Les principes de bioconception et les capacités d'ingénierie du génome développés dans ce projet peuvent être étendus pour augmenter l'efficacité de l'eau d'autres cultures bioénergétiques et vivrières. »

La subvention, intitulée «Ingénierie des machines photosynthétiques CAM dans les cultures bioénergétiques pour la production de biocarburants dans des environnements marginaux», est financée par le Bureau de la recherche biologique et environnementale du DOE, Genomic Science: Biosystems Design to Enable Next-Generation Biofuels.

Sur le prix de 14,3 millions de dollars, l'Université du Nevada, Reno, recevra 7,6 millions de dollars, avec une sous-subvention à l'Université de Liverpool. Le laboratoire national d'Oak Ridge recevra 6,7 ​​millions de dollars avec des sous-subventions à l'Université de Newcastle et à l'Université du Tennessee, Knoxville.


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