Cibler le «rythme» quotidien du magnésium peut optimiser le rendement des cultures

Cibler le «rythme» quotidien du magnésium peut optimiser le rendement des cultures

photosynthèse

Crédits: CC0 Public Domain

Le processus fondamental qui forme sans doute l’épine dorsale de la vie sur terre est la photosynthèse; chaque organisme dépend directement ou indirectement de ce processus. Sur le papier, le processus est simple: les plantes (et d’autres organismes qui ont des chloroplastes, les structures où la photosynthèse a lieu et donnent la couleur verte caractéristique aux feuilles) convertissent l’énergie solaire en énergie chimique qui les aide à croître et à prospérer, et d’autres ‘plus «Les organismes dépendent de ces plantes ou d’organismes qui se nourrissent de ces plantes pour leur propre subsistance, etc.


Mais en pratique, et surtout à ce stade de l’histoire biologique, ce processus n’est pas si simple. La population humaine croît à un rythme sans précédent; les ressources dont nous disposons ne sont pas suffisantes pour nourrir les milliards de personnes sur terre aujourd’hui. Alors que les décideurs et les politiciens tentent d’optimiser l’utilisation des ressources existantes, les scientifiques font leur part en trouvant comment améliorer les ressources en explorant si le processus naturel de la photosynthèse peut être modifié par les dernières technologies pour finalement améliorer le rendement des cultures vivrières. .

Une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Jian Feng Ma de l’université d’Okayama, au Japon, et le professeur Zhichang Chen de l’université de Fujian A & F, en Chine, a également entrepris d’explorer la photosynthèse, mais ils ont décidé de le faire avec une touche: alors que la recherche actuelle prédomine principalement se concentrant sur la tentative de modifier les réactions chimiques directes impliquées dans la photosynthèse, l’équipe a décidé d’examiner les variations « diélectriques » – ou les variations qui se produisent sur un cycle périodique de 24 heures – dans la photosynthèse.

Le fait que de nombreux processus de photosynthèse présentent des variations sur 24 heures ne devrait pas surprendre, étant donné que l’ensemble du processus dépend de la lumière du soleil. Indépendamment des conditions de lumière-obscurité externes, ces changements de diels peuvent également être entraînés par des mécanismes génétiques internes.

Mais qu’est-ce que ces scientifiques ont regardé exactement? « Notre étude s’est concentrée sur le magnésium, et pour un ensemble diversifié de raisons », explique le professeur Ma. « Le magnésium est un macronutriment essentiel pour les plantes, mais environ 15 à 35% de l’apport total en magnésium est alloué aux chloroplastes, où il fonctionne non seulement comme élément structurel de la chlorophylle mais également comme activateur pour un certain nombre d’enzymes photosynthétiques. » Cela signifiait que l’étude des changements diélectriques dans le magnésium peut éclairer un aspect fonctionnel important, et une cible potentielle pour la manipulation, de la photosynthèse.

Jour après jour: cibler le magnésium au quotidien "rythme" peut optimiser le rendement des cultures

Le limbe des plants de riz a été échantillonné toutes les 2 heures pendant 2 jours. L’expression du gène OsMGT3 par rapport à 0 heure est montrée. Crédit: 2020 Nature Plants

Grâce à des études génétiques sur la plante de riz (dont les résultats sont publiés dans Plantes nature), les chercheurs ont décidé de se concentrer sur un transporteur d’ions magnésium OsMGT3, trouvé dans les chloroplastes, et sont connus pour être rythmiquement exprimés dans les cellules de « mésophylle », les cellules spécialisées pour la photosynthèse.

Ils ont créé des plants de riz génétiquement modifiés dans lesquels le gène qui donne naissance à OsMGT3 était absent; ils ont constaté que ces plantes présentaient une absorption considérablement réduite de magnésium et une amplitude réduite des fluctuations des ions magnésium libres dans les chloroplastes. Cela a entraîné une diminution de l’activité de la ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase, une enzyme fondamentale de la photosynthèse, entraînant naturellement une baisse du taux de photosynthèse. Ensuite, grâce à des techniques de génie génétique, ils ont provoqué la production excessive d’OsMGT3 dans les cellules de mésophylle des plants de riz normaux et ont constaté que l’efficacité et la croissance photosynthétiques se sont améliorées dans ces plants.

Ces expériences ont prouvé que OsMGT3 contrôle partiellement les fluctuations de magnésium dans les chloroplastes et que ces fluctuations peuvent contribuer aux activités enzymatiques dépendant du magnésium pour la photosynthèse au cours du cycle quotidien.

Alors, où cela nous mène-t-il en termes d’optimisation du rendement des cultures et d’alimentation des masses? Le professeur Ma déclare que les résultats ouvrent des voies jusque-là inexplorées, remarquant: « Nos études mettent le magnésium sous les projecteurs. La modification de l’apport de magnésium dans les chloroplastes pourrait être une approche potentielle pour améliorer l’efficacité photosynthétique des plantes et peut éventuellement améliorer le rendement des cultures. »

Cette étude, ainsi que des études futures qui démontreraient comment cibler exactement le magnésium, pourrait être une réponse potentielle à la pénurie alimentaire mondiale.


Comment les plantes ajustent leur verdure à la qualité de la lumière


Plus d’information:
Jian Li et al, Les fluctuations de magnésium de Diel dans les chloroplastes contribuent à la photosynthèse dans le riz, Plantes nature (2020). DOI: 10.1038 / s41477-020-0686-3

Fourni par l’Université d’Okayama

Citation: Jour après jour: Cibler le «  rythme  » quotidien de magnésium peut optimiser le rendement des cultures (2020, 10 juillet) récupéré le 11 juillet 2020 sur https://phys.org/news/2020-07-day-daily-magnesium-rhythm -optimize.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. Hormis toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.