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Faire la lumière sur la photosynthèse

L’appétit croissant des plantes pour le soleil n’est qu’un des éléments de cette étude unique.

Énergie

Les plantes font de plus en plus l’objet d’applications industrielles, de la croissance de la masse organique destinée aux biocarburants, à la production à grande échelle de produits chimiques recherchés comme les suppléments nutritionnels et les produits pharmaceutiques. Tous ces processus sont nés de la nécessité de convertir plus efficacement l’énergie solaire en biomasse, au centre du projet SE2B financé par l’UE. Cet échange est souvent régulé à la baisse chez les végétaux, car même si leur croissance tend généralement à leur faire absorber autant de lumière que physiquement possible, tout excès d’énergie peut entraîner des dommages métaboliques.

Excès d’énergie

«Les végétaux ont un régulateur qui peut s’enclencher pour se débarrasser de l’énergie lorsqu’ils reçoivent trop de lumière», explique Claudia Büchel, coordinatrice du projet SE2B. «C’est un processus physique: ils reçoivent toute lumière délivrée, qu’il y en ait trop ou pas assez.» Pour croître, les végétaux organisent leurs voies métaboliques autour de la quantité moyenne de lumière qu’ils s’attendent à recevoir. Identifier les protéines qui contrôlent cette fenêtre et comprendre leur fonctionnement pourrait nous permettre de la modifier afin que les végétaux puissent fonctionner à différents taux d’absorption de la lumière. «Si nous pouvons contourner cette limitation, nous pouvons établir de meilleures tolérances et assurer une croissance plus efficace», déclare Claudia Büchel. Par exemple, la plupart des microalgues sont cultivées dans de grands réservoirs où la lumière est difficile à fournir uniformément. Le fluide doit être constamment agité pour faire circuler les algues, ce qui est coûteux. Ajuster les algues à la photosynthèse sur une plus large gamme d’intensités lumineuses pourrait réduire ces coûts.

Rechercher des similitudes

Travaillant depuis l’Université Goethe de Francfort en Allemagne, Claudia Büchel a dirigé un consortium de 11 organisations, incluant des groupes de recherche et des entreprises commerciales, pour mieux comprendre le processus biologique de la photosynthèse. Les travaux ont couvert trois niveaux de complexité, de l’analyse de la structure des protéines dans les organites collecteurs de lumière à la mesure des phénotypes végétaux. L’intérêt était centré sur les similitudes et les différences entre les organismes les plus couramment employés dans les approches biotechnologiques et l’agriculture, comme les cyanobactéries, les algues vertes, les diatomées et les végétaux supérieurs. Une autre question clé consistait à savoir comment améliorer l’efficacité du transfert d’énergie des protéines collectant la lumière vers les processus métaboliques. «En tant que biologiste, je trouve fascinant de voir des organismes confrontés aux mêmes problèmes faire évoluer leurs mécanismes d’équilibrage de manière indépendante», ajoute Claudia Büchel. «Vous trouvez toujours de nouvelles choses et de nouvelles façons.»

Articles publiés

Grâce à ces études, ajoute Claudia Büchel, «nous connaissons maintenant certaines méthodes pour améliorer ces végétaux, bien qu’elles doivent être testées.» Les travaux trouveront probablement des applications dans les industries de biotechnologie qui utilisent des algues pour cultiver des produits chimiques recherchés. Certains matériaux développés ou améliorés au cours de cette étude de 4 ans ont déjà été commercialisés, tels que des installations de phénotypage de végétaux et des microscopes optiques à hyper-résolution, et d’autres suivront. Cette recherche a été entreprise avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie. Claudia Büchel ajoute que ce financement a «énormément» aidé, soulignant que les chercheurs soutenus par la subvention ont pu développer leurs réseaux professionnels et que beaucoup ont ensuite décroché des postes dans le milieu universitaire ou dans l’industrie. Le groupe continue à publier les résultats de l’étude, dont la liste complète est disponible sur le site Web du projet.

Mots‑clés

SE2B, solaire, énergie, biomasse, photosynthèse, Francfort, efficacité, transfert, cyanobactéries, algues, diatomées, plantes

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