Riz (Oryza sativa L.) est la culture alimentaire humaine la plus importante au monde, mais le potentiel de rendement du riz doit être augmenté d'au moins 50 % d'ici 2050 pour soutenir la population humaine en plein essor. Cela ne peut être réalisé qu'en améliorant les taux de production de biomasse. La productivité du riz pourrait être radicalement améliorée par l'introduction des propriétés photosynthétiques du C4. La photosynthèse C4 est caractérisée par un mécanisme de concentration de CO2 impliquant la coordination du métabolisme dans deux types de cellules, le mésophylle et la gaine du faisceau. Il en résulte l'élimination ou la réduction substantielle de la photorespiration et par conséquent une amélioration de la capacité et du rendement quantique de la photosynthèse à haute température.
L'une des propriétés clés de C4 est une densité élevée de nervures foliaires, considérée comme une condition préalable à l'évolution de la suite complète de traits C4 chez les plantes. Une densité élevée des nervures foliaires est nécessaire pour assurer le rapport optimal entre le mésophylle et les cellules de la gaine du faisceau avec un contact étroit permettant l'échange rapide de photosynthates. Ceci est réalisé via l'anatomie «Kranz» qui montre généralement une couche simple ou double de cellules mésophylles renfermant des cellules de gaine de faisceau de manière concentrique. Les cellules de la gaine du faisceau renferment à leur tour le tissu vasculaire. Cette disposition permet aux cellules de la gaine du faisceau et aux cellules du mésophylle d'occuper des volumes similaires dans la feuille C4, alors que le volume total des cellules du mésophylle est supérieur dans la feuille C3.
Alors, comment permettez-vous au riz d'effectuer la photosynthèse C4 ? En utilisant la plasticité des plants de riz pour enfoncer plus de veines dans les feuilles :
Augmentation de la densité des nervures foliaires par mutagenèse : jeter les bases du riz C4. (2014) PLoS ONE 9(4) : e94947. doi:10.1371/journal.pone.0094947
Une densité élevée de veines foliaires est à la fois une caractéristique essentielle de la photosynthèse C4 et un trait fondamental de l'évolution de C4, assurant la proportion et la proximité optimales des cellules du mésophylle et de la gaine du faisceau pour permettre l'échange rapide de photosynthèses. Deux populations de mutants de riz, une bibliothèque de mutants de délétion avec un cv. Fond IR64 (12,470 67 lignes) et une bibliothèque de mutants d'insertion d'ADN-T avec un cv. Tainung 10,830 background (4 XNUMX lignes), ont été criblés pour les augmentations de la densité veineuse. Une méthode à haut débit avec des microscopes portatifs a été développée et sa précision a été soutenue par une analyse microscopique plus rigoureuse. Huit lignées avec des densités de nervures foliaires considérablement accrues ont été identifiées pour être utilisées comme stock génétique pour le Consortium mondial du riz CXNUMX. Il a été démontré que la population candidate incluait à la fois des mutations partagées et indépendantes et donc plus d'un gène contrôlait le phénotype à haute densité veineuse. Le trait à haute densité de nervures s'est avéré être lié à un trait à largeur de feuille étroite, mais le lien était incomplet. Il a été proposé d'utiliser le trait de largeur de feuille étroite plus génétiquement robuste comme marqueur phénotypique fiable pour trouver des variantes à haute densité de veines dans le riz dans les futurs cribles.
