Comment la photosynthèse pourrait révolutionner l’approvisionnement mondial en nourriture

Les innovations futures sont vouées à s’inspirer de plus en plus de la nature. Une nouvelle découverte confirme cette idée. Des scientifiques de l’université de Sheffield (Royaume-Uni) ont percé à jour la structure d’une protéine complexe qui permet aux plantes de grandir par photosynthèse. Dans leur article, publié le 13 novembre 2019 dans Nature, ils expliquent les mécanismes qu’ils ont pu approfondir. Pour eux, il est clair que cette meilleure compréhension de la photosynthèse sera utile pour les cultures agricoles.

La fameuse protéine clé s’appelle cytochrome b6f. Les chercheurs l’ont modélisée en haute résolution avec une technique de cryo-microscopie électronique. Grâce à cette visualisation détaillée de la protéine, ils ont obtenu des vues inédites sur les connexions électriques entre le photosystème I et le photosystème II, deux complexes moléculaires qui sont sensibles à la lumière et la convertissent en énergie chimique.

Matt Johnson, auteur de l'étude, dans un champs de blé : il pense que repenser la photosynthèse pourrait aider l'approvisionnement mondial.

Source : University of Sheffield

La photosynthèse est un processus bioénergétique essentiel à la vie sur Terre. Grâce à la lumière, la biosphère produit de la matière organique. Le processus est possible par la chlorophylle, le pigment vert assimilateur de lumière dans les feuilles des plantes. La chlorophylle est elle-même présente au sein d’organites (compartiments cellulaires) appelés chloroplastes. C’est au sein de ces chloroplastes que l’on retrouve la cytochrome b6f qui est au cœur de cette nouvelle étude.

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Repenser la photosynthèse

En s’intéressant aux interactions électriques, les chercheurs ont pu observer la façon dont le complexe cytochrome b6f puise son énergie… et la stocke. Grâce à cette sorte de batterie à protons, similaire à une batterie rechargeable, la plante produit — en fonction de ses besoins — de l’adénosine triphosphate (ATP). L’ATP est la molécule qui transporte cette énergie au sein des cellules de la plante. Elle correspond en quelques sortes au courant électrique de la plante. Cette réaction de stockage énergétique génère la transformation du dioxyde de carbone en glucides, à l’origine de la biomasse.

À partir de leurs découvertes, les chercheurs comparent le cytochrome b6f au « cœur battant » de la photosynthèse. En « frappant » le complexe avec des petites doses d’électrons, ils ont pu le tracer au sein de la modélisation. C’est ce qui leur a permis d’observer en détails son chemin, mais aussi ses différentes phases : comment, en changeant de forme, ce complexe change la distribution énergétique. Les chercheurs ont ainsi réalisé à quel point le complexe est sensible au contexte environnemental, y compris pour rendre la plante plus robuste. Par exemple, en cas d’exposition trop forte, le cytochrome b6f réduit considérablement la photosynthèse pour éviter tout dommage.

Les chercheurs voient d’ores et déjà une application concrète à leur étude. « Avec ce nouveau regard que nous avons obtenu, nous pouvons rationnellement espérer repenser la photosynthèse pour les plantes agricoles, afin d’atteindre les rendements plus élevés dont nous avons besoin pour soutenir la population mondiale, que l’on prospecte à 9-10 milliards d’ici 2050 », affirme le docteur Matt Johnson, superviseur de l’étude, dans un communiqué.