Pour la recherche, les plantes sont souvent cultivées sous un éclairage stable, qui ne reflète pas les conditions naturelles. Dans une série d’expériences avec des circumstances d’éclairage changeantes, simulant l’interaction naturelle de la lumière et de l’ombre, des chercheurs de l’Institut Max Planck de physiologie moléculaire des plantes à Potsdam-Golm (Allemagne) et du Collège des sciences naturelles de l’Université d’État du Michigan (États-Unis) révèlent l’importance de deux protéines clés pour le contrôle dynamique de la photosynthèse.
Les plantes effectuent la photosynthèse pour se développer. Dans ce processus, ils utilisent l’énergie de la lumière du soleil, libèrent de l’oxygène et produisent des glucides, qui sont la ressource alimentaire de base pour tous les humains et presque tous les animaux sur terre. Dans des situations naturelles, la disponibilité de la lumière peut changer rapidement en très peu de temps. L’une des principales raisons sont les nuages qui fournissent de la lumière et de l’ombre lorsqu’ils passent devant le soleil. Les feuilles et les branches des plantes peuvent également temporairement fournir de l’ombre lorsqu’elles sont déplacées par le vent. Les plantes ne peuvent pas passer de l’ombre au soleil lorsque la lumière est limitée et, inversement, ne peuvent pas passer du soleil à l’ombre lorsqu’elles sont trop exposées au soleil. Ils doivent réagir aux ailments d’éclairage changeantes par d’autres moyens.
Tout comme pour les humains, trop de soleil est nocif pour les plantes. En particulier, un changement rapide entre une lumière faible et rigorous est problématique. Comme la rétine de nos yeux, les plantes utilisent des molécules dans leurs feuilles pour capter les particules de lumière. Lorsque la lumière est faible, ces pièges à lumière sont très efficaces pour capter autant de lumière faible que attainable. Si les disorders d’éclairage changent soudainement, trop d’énergie lumineuse peut atteindre la plante. Cette énergie peut surcharger ou endommager l’appareil photosynthétique wise à l’intérieur des cellules végétales. En conséquence, les plantes doivent constamment adapter leur activité photosynthétique à leurs circumstances environnementales afin d’obtenir un rendement lumineux maximal d’une part, mais éviter d’être lésées par trop de lumière d’autre element.
À ce jour, les plantes dans les serres et les laboratoires sont cultivées presque exclusivement dans des problems d’éclairage stables et uniformes. Par conséquent, notre compréhension du fonctionnement de l’adaptation aux disorders d’éclairage changeantes est très limitée. Dans le pire des cas, cela peut conduire à des plantes qui poussent bien dans les laboratoires et les serres, mais dont les performances sont soudainement bien pires que prévu lorsqu’elles sont cultivées sur le terrain.
Régulation de la photosynthèse dans des disorders d’éclairage changeantes
Les chercheurs autour d’Ute Armbruster du Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology à Potsdam-Golm et David Kramer du College of All-natural Science de la Michigan Point out University (United states) ont examiné la plante modèle Arabidopsis thaliana pour leur étude. Les plantes ont été cultivées dans une grande variété de problems, y compris la lumière statique, fluctuante et naturelle. L’étude s’est concentrée sur deux protéines de transport d’ions appelées VCCN1 et KEA3 qui jouent un rôle clé dans l’ajustement dynamique des performances photosynthétiques. Il est connu d’études antérieures que VCCN1 active la protection solaire si la lumière devient soudainement trop forte. Lorsque l’intensité lumineuse diminue, la deuxième protéine KEA3 décompose rapidement cette defense solaire afin que la plante puisse à nouveau capter plus de lumière. Cependant, les deux protéines VCCN1 et KEA3 n’ont jamais été examinées dans des disorders de lumière réalistes.
Les chercheurs ont utilisé une nouvelle approche innovante pour mesurer la photosynthèse en combinaison avec une utilisation ciblée des knockouts de gènes, c’est-à-dire des plantes dont les gènes pour VCCN1 et KEA3 ont été désactivés. Ils montrent que les activités des protéines VCCN1 et KEA3 dépendent des problems d’éclairage dans lesquelles les plantes ont été cultivées. Suite aux tips de la responsable du groupe Plant Cultivation Infrastructure, le Dr Karin Köhl, les chercheurs se sont concentrés sur deux facteurs lumineux liés à la croissance dans l’analyse et ont pu montrer que la quantité de lumière reçue par une plante et la fréquence des fluctuations lumineuses ont une forte impact sur la fonction des deux transporteurs d’ions. La fonction protectrice de VCCN1 n’est importante que chez les plantes précédemment cultivées sous faible luminosité. D’autre part, KEA3 qui abolit la safety, était même actif en période de forte luminosité lorsque les plantes étaient cultivées dans des ailments d’intensités lumineuses élevées.
La safety solaire dépend également du degré de fluctuations lumineuses auxquelles les plantes sont exposées. Lorsque les ailments lumineuses changent de manière significative, les plantes produisent le pigment orange zéaxanthine, également impliqué dans la protection solaire. La production de cet écran solaire est également supprimée par KEA3 dans des conditions de forte luminosité. “Notre étude montre que nous ne devrions pas examiner séparément l’effet de la lumière de croissance et les réponses rapides aux fluctuations de la lumière”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Thekla von Bismarck, et a ajouté : “L’intégration de plusieurs échelles de temps et niveaux métaboliques d’une manière de in addition en moreover complexe sera un défi futur majeur pour la recherche sur les cultures. Cela fournira des idées clés pour améliorer les rendements des cultures sur le terrain. »