Des chercheurs mettent le mécanisme des protéines végétales dans les bactéries pour aider à faire avancer 50 ans d’efforts

RIPE, ou Réaliser une efficacité photosynthétique accrue, dirigée par l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, conçoit les cultures pour qu’elles soient plus productives en améliorant la photosynthèse, le processus naturel que toutes les plantes utilisent pour convertir la lumière du soleil en énergie et en rendements. RIPE est soutenu par la Fondation Bill & Melinda Gates, la Fondation pour la recherche sur l’alimentation et l’agriculture et le Bureau britannique des affaires étrangères, du Commonwealth et du développement.

Ce travail a été entrepris dans le but de comprendre et d’améliorer Rubisco, la protéine des chloroplastes végétaux qui initie la fixation du dioxyde de carbone atmosphérique en sucres au cours du processus de photosynthèse. Contrairement à de nombreuses autres protéines de la photosynthèse, Rubisco est lente et nécessite un certain nombre de “chaperons” pour fonctionner correctement. Les recherches menées au cours des dernières décennies ont identifié la plupart, voire la totalité, de ces partenaires. Cela offre aux scientifiques de nouvelles capacités pour étudier et accélérer le Rubisco végétal chez Escherichia coli, communément appelé E. coli – une bactérie présente dans l’environnement, les aliments et les intestins humains – et un hôte souvent utilisé en science pour étudier plus rapidement protéines.

Dans un nouvel article publié dans le Journal de botanique expérimentale, l’équipe de l’ANU a démontré l’utilité d’un outil d’expression d’E. coli robuste et génétiquement modulaire. Le travail s’appuie sur un outil d’expression comparable développé dans le laboratoire Manajit Hayer-Hartl pour fournir un nouveau système mieux adapté à l’amélioration de l’efficacité de Rubisco.

“Assembler cette nouvelle stratégie de bio-ingénierie bactérienne et comparer son efficacité par rapport aux chloroplastes naturels était un défi à long terme”, a déclaré Whitney, professeur à l’École de recherche en biologie de l’ANU. “Heureusement, cette nouvelle technologie nous offre désormais un débit expérimental sans précédent avec des résultats disponibles en quelques jours plutôt qu’en quelques mois que prendrait notre approche de test traditionnelle lente et coûteuse utilisant des plantes transgéniques.”

Alors que ce nouveau système de bio-ingénierie E. coli Rubisco nécessitera des ajustements de conception supplémentaires pour adapter sa compatibilité avec différentes cultures, Whitney est convaincu que leurs recherches constituent un tournant décisif pour pouvoir ajuster l’activité de Rubisco.

“Nous pouvons maintenant appliquer l’outil d’optimisation des protéines de Directed Evolution, un outil que nous avons déjà utilisé pour accélérer le CO₂-taux de fixation dans un certain nombre de formes non végétales différentes, pour planter Rubisco », a déclaré Whitney. « Une fois que nous aurons fait cela, nous pourrons introduire les changements souhaités pour accélérer Rubisco dans les cultures par l’édition de gènes. Ensuite, nous verrons les avantages de la performance photosynthétique et l’impact sur la croissance et le rendement des plantes. »