Les plantes d'eau douce, qui ont évolué à partir d'ancêtres terrestres, ont échangé de l'eau comme facteur limitant dans leur environnement pour une pénurie potentielle de carbone en raison des faibles taux de diffusion du dioxyde de carbone dans les feuilles. Les adaptations faites pour tenir compte de cette limitation comprennent des cuticules minces, un manque de stomates et d'espaces sous-stomataux, et des chloroplastes dans les cellules épidermiques. Certaines plantes d'eau douce ont également plusieurs mécanismes de concentration de dioxyde de carbone (CCM), y compris le bicarbonate (utilisé par environ 50%), le CAM (environ 8%) et le C₄ (environ 4%). Pour les usines avec plusieurs CCM, le passage de l'un à l'autre peut être induit par un changement de concentration en dioxyde de carbone, avec CAM ou C₄ se déclenche lorsque le CO₂ est faible. Cependant, les changements anatomiques que subissent les feuilles en réponse à leur croissance dans différents CO₂ Les concentrations n'ont jamais été étudiées.

Dans un article récent publié dans Annals of Botany, Shijuan Han et ses collègues ont étudié l'anatomie des feuilles de la plante d'eau douce Ottelia alismoides. Cette plante est unique en ce qu'elle est la seule espèce connue avec trois CCM différents et on peut donc s'attendre à ce qu'elle ait une anatomie foliaire inhabituelle. Les auteurs ont utilisé la microscopie optique et électronique à transmission pour étudier les différences entre les O. alismoides feuilles qui avaient été cultivées dans des conditions de CO élevé ou faible₂ concentrations.

À CO non limitant₂ niveaux, les chercheurs ont découvert que les plantes utilisaient du C₄ la photosynthèse, alors qu'à faible CO₂, les deux C₄ et CAM ont été utilisés. L'anatomie de Kranz normalement associée à la photosynthèse C4, qui sert de CO₂ site de concentration, était absent dans les feuilles, qui étaient composées de cellules épidermiques et mésophylles qui contiennent toutes deux des chloroplastes, ainsi qu'une large lame d'air. Le nombre de chloroplastes était plus élevé dans les cellules épidermiques que dans les cellules du mésophylle. La présence de chloroplastes dans l'épiderme est un arrangement rare chez les espèces d'angiospermes terrestres, mais courant chez les aquatiques. Structurellement, les feuilles étaient similaires à différents CO₂ concentrations, mais à la concentration la plus élevée, l'épaisseur des couches épidermiques, du mésophylle et de l'espace aérien interne était plus élevée.

Les cellules mésophylles d' O. alismoides ont une forte teneur en amidon, ce qui suggère que les cellules sont soit le site de taux élevés de photosynthèse résultant de la décarboxylation, soit qu'elles sont utilisées pour le stockage de l'amidon. La découverte d'un grand nombre de mitochondries regroupées autour des chloroplastes du mésophylle dans les feuilles cultivées à faible teneur en CO₂, cependant, pointe vers le premier. « Dans ce modèle bicellulaire, les cellules épidermiques d'O. alismoides rempliraient alors la fonction du C terrestre₄ cellules du mésophylle en produisant un C₄ produit et les cellules du mésophylle d'O. alismoides rempliraient la fonction du C terrestre₄ faisceau de cellules de la gaine dans la décarboxylation du C₄ produit », expliquent les auteurs. Ce modèle permet à C₄ la photosynthèse ait lieu sans l'anatomie de Kranz.

"Cependant, d'autres études sont nécessaires pour conclure définitivement si O. alismoides a une double cellule C₄ avec les cellules du mésophylle représentant le site de décarboxylation. Des travaux sont en cours pour tester cela en localisant des enzymes photosynthétiques clés dans les cellules épidermiques et mésophylles.