Les plantes peuvent respirer, ou au moins respirer, de différentes manières. Il y a des avantages et des inconvénients aux différentes méthodes. Mais Comment une plante passe-t-elle d'une méthode à une autre ? Katherine Heyduk et ses collègues ont découvert avec l'aide de Yucca glorieux, un hybride trouvé dans le sud-est des États-Unis qui alterne entre deux méthodes différentes.

Généralement, une usine utilise un processus appelé C₃ la photosynthèse convertir le dioxyde de carbone et l'eau en glucose. Habituellement, cela fonctionne assez bien, mais dans les climats plus chauds et plus secs, au lieu de capturer le dioxyde de carbone, la plante capture l'oxygène et finit par perdre de l'énergie. La photosynthèse CAM est une méthode que certaines plantes utilisent pour collecter le dioxyde de carbone la nuit et le stocker temporairement sous forme d'acide. Pendant la journée, les stomates se ferment, pour éviter la perte d'eau, et l'acide est reconverti en dioxyde de carbone et envoyé aux chloroplastes pour se transformer en glucose.

La photosynthèse CAM peut aider à conserver l'eau dans une plante car elle ferme les stomates de la plante pendant la chaleur du jour, réduisant ainsi la perte d'eau. Cependant, il présente des inconvénients car il utilise de l'énergie pour faire la navette entre les molécules de carbone autour de la feuille. Mais une usine n'a pas à choisir d'utiliser une méthode ou une autre, écrivent Heyduk et ses collègues. "Étant donné que toutes les usines CAM conservent et utilisent l'intégralité du C₃ machines, de nombreuses espèces fixent le carbone par un mélange des deux voies. Les usines CAM fortes utilisent CAM pour la grande majorité de leur absorption de carbone, tandis que C₃+ Les espèces CAM utilisent un mélange des deux voies pour fixer le CO₂… De plus, les plantes peuvent varier non seulement dans leur capacité à utiliser la CAM, mais aussi dans la mesure où la CAM peut être modulée sous un stress abiotique.

Pourtant C₃ et CAM ont des méthodes de travail différentes, alors comment cela se reflète-t-il dans l'anatomie de la plante ? L'équipe a examiné Yucca glorieux, Poignard Espagnol, un croisement sauvage entre Y. aloifolia, une espèce CAM et Y. filamenteuse, à C₃ espèces. Vous pouvez le trouver poussant dans une bande étroite près de la côte entre la Floride et la Virginie. Utilement, il se contente d'utiliser les deux méthodes de photosynthèse. Ce que les scientifiques voulaient savoir, c'était s'il y avait une variation génétique dans la façon dont les plantes utilisaient la photosynthèse CAM. S'il y en avait, y avait-il aussi une différence anatomique correspondante ?

L'expérience a commencé par la collecte de plantes entre la Floride et la Virginie sous forme de ramets, rejetons d'une plante. Ils ont été ramenés à l'Université de Géorgie et cultivés dans la même serre. Au bout de six mois, une fois que l'équipe s'est assurée que les plantes poussaient correctement, ils ont commencé à les diviser en groupes pour des expériences de réponse à la sécheresse.

Ce qu'ils ont découvert, c'est que la photosynthèse CAM était régulée à la hausse en cas de sécheresse, mais les gènes de la plante avaient une influence sur leur capacité à le faire. Mais il n'y avait pas une simple histoire de différence génétique.

« Mesures physiologiques et anatomiques détaillées dans Y. gloriosa ont révélé des variations inter-génotypes dans les phénotypes CAM, et que les traits anatomiques et physiologiques montrent un manque de corrélation au sein Y. gloriosa», écrivent Heyduk et ses collègues. "En cas de stress hydrique, les niveaux de CO diurnes₂ l'assimilation étaient en grande partie déterminées par l'environnement, c'est-à-dire la teneur en humidité du sol, alors que le CO nocturne₂ les taux d'assimilation et l'accumulation d'acide ont été influencés par une combinaison d'effets génotypiques et environnementaux. Nos résultats révèlent un continuum de traits photosynthétiques à travers Y. gloriosa génotypes, y compris la variation de la réponse à la sécheresse. Les mesures anatomiques n'étaient en grande partie pas prédictives des traits physiologiques dans Y. gloriosa. »

"En revanche, la taille des cellules, l'IAS [espace aérien intercellulaire] et l'épaisseur des feuilles étaient prédictifs du CO nocturne₂ prise en compte dans les comparaisons entre espèces. Ces observations suggèrent que les caractéristiques anatomiques peuvent être découplées de la physiologie photosynthétique de la CAM au sein des espèces hybrides homoploïdes Y. gloriosa. »

"Le manque de corrélation au sein de l'intermédiaire Y. gloriosa suggère que la trajectoire évolutive vers CAM à partir de C3 passe par une étape où de nombreuses combinaisons de traits physiologiques anatomiques et photosynthétiques sont viables.