AprĂšs plusieurs annĂ©es d’expĂ©rimentation, les scientifiques ont conçu le cresson thale, ou Arabidopsis thaliana, pour se comporter comme un succulent, amĂ©liorant l’efficacitĂ© de l’utilisation de l’eau, la tolĂ©rance Ă  la salinitĂ© et rĂ©duisant les effets de la sĂ©cheresse. La mĂ©thode d’ingĂ©nierie de la succulence tissulaire conçue pour cette petite plante Ă  fleurs peut ĂȘtre utilisĂ©e dans d’autres plantes pour amĂ©liorer la tolĂ©rance Ă  la sĂ©cheresse et Ă  la salinitĂ© dans le but de dĂ©placer cette approche dans les cultures vivriĂšres et bioĂ©nergĂ©tiques.

« Les tissus stockant l’eau sont l’une des diversifications les furthermore rĂ©ussies chez les plantes qui leur permettent de survivre Ă  de longues pĂ©riodes de sĂ©cheresse. Ce trait anatomique deviendra furthermore vital Ă  mesure que les tempĂ©ratures mondiales augmenteront, augmentant l’ampleur et la durĂ©e des Ă©pisodes de sĂ©cheresse au 21e siĂšcle ». a dĂ©clarĂ© Ă  l’UniversitĂ© du Nevada, Reno Biochemistry and Molecular Biology Professor John Cushman, co-auteur d’un nouvel short article scientifique sur la succulence des tissus vĂ©gĂ©taux publiĂ© dans le Plant Journal.

Université du Nevada, recherche Reno sur la croissance long run de la populace et les pénuries alimentaires

Le travail sera combinĂ© avec un autre des projets de Cushman: l’ingĂ©nierie d’un autre trait appelĂ© mĂ©tabolisme de l’acide des crassulacĂ©es (CAM), un mode de photosynthĂšse Ă©conomisant l’eau qui peut ĂȘtre appliquĂ© aux plantes pour amĂ©liorer l’efficacitĂ© de l’utilisation de l’eau.

« Les deux adaptations fonctionnent main dans la key », a dĂ©clarĂ© Cushman, du College of Agriculture, Biotechnology & Natural Assets de l’UniversitĂ©. « Notre objectif worldwide est de concevoir la FAO, mais pour le faire efficacement, nous devions concevoir une anatomie foliaire qui avait de additionally grandes cellules pour stocker l’acide malique qui s’accumule dans la plante la nuit. Un bonus supplĂ©mentaire Ă©tait que ces cellules plus grandes servaient Ă©galement Ă  stocker l’eau pour surmonter la sĂ©cheresse et diluer le sel et les autres ions absorbĂ©s par la plante, ce qui les rend plus tolĂ©rants au sel.  »

Lorsqu’une plante absorbe du dioxyde de carbone, elle le fait Ă  travers ses pores de la feuille, appelĂ©s stomates. Ils ouvrent leurs stomates pour que le dioxyde de carbone entre, puis il se fixe dans les sucres et tous les autres composĂ©s qui soutiennent la plupart de la vie sur terre. Mais, lorsque les stomates s’ouvrent, non seulement le dioxyde de carbone entre, mais aussi la vapeur d’eau form, et parce que les plantes transpirent pour se refroidir, elles perdent d’Ă©normes quantitĂ©s d’eau.  »

L’Ă©quipe de scientifiques de Cushman a crĂ©Ă© A. thaliana gĂ©nĂ©tiquement modifiĂ©e avec une taille de cellule accrue rĂ©sultant en de furthermore grandes plantes avec une Ă©paisseur de feuille accrue, une moreover grande capacitĂ© de stockage d’eau et des pores stomataux moins nombreux et moins ouverts pour limiter la perte d’eau de la feuille owing Ă  la surexpression d’un gĂšne, connu sous le nom de VvCEB1 pour les scientifiques. Le gĂšne est impliquĂ© dans la section d’expansion cellulaire du dĂ©veloppement des baies dans les raisins de cuve.

La succulence tissulaire qui en résulte sert à deux fins.

« Les cellules as well as grandes ont de in addition grandes vacuoles pour stocker le malate la nuit, qui sert de supply de carbone pour la libĂ©ration et la refixation du dioxyde de carbone, par ce qu’on appelle l’action de l’enzyme Rubisco, pendant la journĂ©e derriĂšre les pores stomataux fermĂ©s, limitant ainsi la photorespiration et la perte d’eau », a dĂ©clarĂ© Cushman. « Et le tissu succulent emprisonne le dioxyde de carbone qui est libĂ©rĂ© pendant la journĂ©e de la dĂ©carboxylation du malate afin qu’il puisse ĂȘtre refixĂ© additionally efficacement par Rubisco.

L’un des principaux avantages de la surexpression du gĂšne VvCEB1 a Ă©tĂ© les amĂ©liorations observĂ©es de l’efficacitĂ© d’utilisation instantanĂ©e et intĂ©grĂ©e de l’eau dans toute la plante, qui ont augmentĂ© jusqu’Ă  2,6 fois et 2,3 fois, respectivement. L’efficacitĂ© d’utilisation de l’eau est le rapport entre le carbone fixe ou la biomasse produite et le taux de transpiration ou de perte d’eau par la plante. Ces amĂ©liorations Ă©taient corrĂ©lĂ©es au degrĂ© d’Ă©paisseur des feuilles et Ă  la succulence des tissus, ainsi qu’Ă  une densitĂ© de pores stomatique plus faible et Ă  des ouvertures de pores rĂ©duites.

« Nous avons essayĂ© un particular nombre de gĂšnes candidats, mais nous n’avons observĂ© ce phĂ©notype remarquable qu’avec le gĂšne VvCEB1 », a dĂ©clarĂ© Cushman. « Nous Ă©tudions gĂ©nĂ©ralement entre 10 et 30 lignĂ©es transgĂ©niques indĂ©pendantes, puis celles-ci sont cultivĂ©es pendant deux Ă  trois gĂ©nĂ©rations avant d’ĂȘtre testĂ©es en dĂ©tail. »

Arabidopsis thaliana est un modĂšle puissant pour l’Ă©tude des processus de croissance et de dĂ©veloppement des plantes. C’est une petite plante semblable Ă  une mauvaise herbe qui a un temps de gĂ©nĂ©ration court docket d’environ 6 semaines et pousse bien dans des conditions de laboratoire oĂč elle produit de grandes quantitĂ©s de graines.

La succulence tissulaire artificielle devrait fournir une stratĂ©gie efficace pour amĂ©liorer l’efficacitĂ© de l’utilisation de l’eau, Ă©viter ou attĂ©nuer la sĂ©cheresse, la tolĂ©rance Ă  la salinitĂ© et pour optimiser les performances de la CAM.

Les plantes CAM sont trĂšs intelligentes, gardant leurs stomates fermĂ©es pendant la journĂ©e et ne les ouvrant que la nuit lorsque l’Ă©vapotranspiration est faible parce qu’il fait furthermore frais et que le soleil ne brille pas, a expliquĂ© Cushman. L’importance de la CAM se trouve dans sa capacitĂ© exceptional Ă  conserver l’eau. LĂ  oĂč la plupart des plantes absorberaient du dioxyde de carbone pendant la journĂ©e, les plantes CAM le font la nuit.

« Essentiellement, les usines CAM sont cinq Ă  6 fois moreover efficaces en termes d’utilisation de l’eau, alors que la plupart des usines sont trĂšs inefficaces en eau », a-t-il dĂ©clarĂ©. « La succulence tissulaire associĂ©e Ă  la CAM et Ă  d’autres traits adaptatifs tels que des cuticules moreover Ă©paisses et l’accumulation de cires Ă©picuticulaires, signifie qu’ils peuvent rĂ©duire le chauffage des feuilles pendant la journĂ©e en rĂ©flĂ©chissant une partie de la lumiĂšre frappant la feuille. De nombreuses plantes CAM adaptĂ©es au dĂ©sert ont Ă©galement une une in addition grande capacitĂ© Ă  tolĂ©rer des tempĂ©ratures Ă©levĂ©es.  »

Alors que la demande de produits agricoles devrait augmenter jusqu’Ă  70% pour desservir une population humaine croissante, qui devrait atteindre approximativement 9,6 milliards d’ici 2050, Cushman et son Ă©quipe recherchent ces answers biotechnologiques pour rĂ©pondre aux futures pĂ©nuries alimentaires et bioĂ©nergĂ©tiques potentielles.

« Nous prĂ©voyons de dĂ©placer Ă  la fois la succulence tissulaire et l’ingĂ©nierie CAM dans les plantes cultivĂ©es. Ce travail actuel est une preuve de notion », a dĂ©clarĂ© Cushman.

Les travaux ont Ă©tĂ© financĂ©s par le DĂ©partement de l’Ă©nergie, Business office of Science, Genomic Science System.