Les chercheurs améliorent la teneur en azote des graines en réduisant les niveaux de chlorophylle des plantes

La chlorophylle joue un rôle central dans la photosynthèse, c'est pourquoi les plantes ont évolué pour avoir des niveaux élevés de chlorophylle dans leurs feuilles. Cependant, la fabrication de ce pigment coûte cher car les plantes investissent une partie importante de l’azote disponible à la fois dans la chlorophylle et dans les protéines spéciales qui la lient.

En conséquence, l’azote n’est pas disponible pour d’autres processus. Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont réduit les niveaux de chlorophylle dans les feuilles pour voir si la plante investirait l'azote économisé dans un autre processus susceptible d'améliorer la qualité nutritionnelle.

Au cours des dernières décennies, les chercheurs ont tenté d’augmenter le rendement des cultures pour répondre à la demande alimentaire mondiale. L’un de leurs plus grands défis a été d’améliorer l’efficacité photosynthétique des cultures agricoles.

Lorsque la lumière frappe une feuille, trois choses peuvent se produire : la feuille peut absorber la lumière pour la photosynthèse, la feuille peut la refléter dans l'atmosphère ou la lumière peut traverser la feuille. Malheureusement, même si une feuille entièrement verte absorbe plus de 90 % de la lumière qui la frappe, elle ne l’utilise pas entièrement pour la photosynthèse.

“Nous cultivons nos plantes cultivées à des densités très élevées. En conséquence, même si les feuilles au sommet de la canopée ont plus de lumière, elles ne peuvent pas l'utiliser en totalité et la couche située en dessous manque de lumière”, a déclaré Don Ort (responsable du GEGC/ CABBI/BSD), professeur de biologie intégrative. “Notre objectif était de réduire la quantité de chlorophylle au sommet de la canopée afin que davantage de lumière puisse pénétrer et être utilisée plus efficacement plus bas dans la canopée.”

Dans la présente étude, les chercheurs ont conçu les plants de tabac pour qu’ils aient des niveaux de chlorophylle plus faibles à mesure que le couvert végétal devient plus dense.

“Des modèles précédents ont montré que si vous avez des niveaux de chlorophylle plus faibles avant d'avoir une canopée dense, cela est préjudiciable à la croissance des plantes”, a déclaré Ort. “Nous voulions prendre des plantes qui ont une canopée complète et nous assurer que les nouvelles feuilles ajoutées par-dessus ont des niveaux de chlorophylle plus faibles.”

Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé de petits ARN qui interfèrent avec des étapes clés de la synthèse de la chlorophylle. La production de ces petits ARN a été placée sous le contrôle d’un promoteur inductible, un morceau d’ADN qui répond à un signal spécifique et dirige la cellule pour qu’elle produise de l’ARN.

Dans l’étude, les chercheurs ont utilisé un promoteur inductible par l’éthanol. Lorsqu’ils ont pulvérisé les feuilles avec de l’éthanol, les petits ARN résultants ont interféré avec la synthèse de la chlorophylle, créant une canopée d’une nuance de vert plus claire.

“Nous avons constaté que même lorsque la synthèse de chlorophylle diminuait de 70 %, il n'y avait aucune inhibition de la croissance”, a déclaré Young Cho, chercheur postdoctoral au laboratoire Ort et auteur principal de l'étude. “Bien que nous ayons théoriquement prédit ce résultat, observer ces plantes vert pâle ou jaunes se développer normalement était étonnant, étant donné qu'une telle décoloration indique généralement une maladie des plantes.”

Les chercheurs avaient également émis l’hypothèse que la diminution de la quantité de chlorophylle influencerait d’autres aspects de la croissance des plantes, car cela libérerait l’azote investi dans la fabrication du pigment et des protéines associées. Ils ont eu raison lorsqu’ils ont constaté que la concentration d’azote dans les graines était 17 % plus élevée dans les plantes où le promoteur inductible par l’éthanol contrôlant les petits ARN interférents était activé.

“Nous nous attendions également à une augmentation du rendement, car à mesure que la lumière pénètre dans la canopée, on s'attendrait à ce qu'elle soit utilisée plus efficacement”, a déclaré Ort. “Cependant, nous n'avons pas détecté d'augmentation, ce qui signifie probablement que les plantes n'ont pas investi suffisamment d'azote supplémentaire pour améliorer la capacité photosynthétique dans les parties inférieures de la canopée. Ce résultat nous donne un autre objectif technique.”

Dans leurs futurs travaux, les chercheurs testeront s’ils peuvent obtenir des résultats similaires avec des promoteurs inductibles par la lumière, que les agriculteurs trouveront plus faciles à utiliser. “Les promoteurs inductibles par l'éthanol sont des outils de recherche très pratiques et importants. Cependant, les agriculteurs ne voudront pas pulvériser un champ entier avec de l'éthanol, nous devons donc examiner d'autres promoteurs qui réagissent à l'intensité ou à la couleur de la lumière”, a déclaré Ort.

L'étude « La réduction des niveaux de chlorophylle lors des étapes de remplissage des graines entraîne une augmentation de l'azote des graines sans affecter l'assimilation du carbone par la canopée », a été publiée dans Plante, Cellule & Environnement.