Ces dernières années, d'énormes efforts ont été faits pour identifier les enzymes qui limitent la photosynthèse. Les enzymes qui exercent un haut niveau de contrôle sur les flux peuvent être utilisées comme cibles d'ingénierie pour améliorer la photosynthèse.

Pourtant, bien que la surexpression de certaines enzymes cibles, telles que Sédoheptulose-1,7-bisphosphatase (SBPase), ont été montrés pour améliorer la photosynthèse in vitro, à la fois plus de - et sous-l'expression de l'enzyme cible transcétolase a diminué le taux de photosynthèse.

A nouvel article de Honglong Zhao, Qiming Tang, Tiangen Chang, Yi Xiao et Xin-Guang Zhu de l'Université de l'Académie chinoise des sciences et de l'Université de l'Illinois publié dans in silico Plants dévoile l'origine de ces résultats inattendus.

"Nous voulions examiner comment les flux du cycle de Calvin-Benson (CBC) étaient affectés par l'activité enzymatique et la concentration intermédiaire dans le CBC, et déterminer pourquoi la manipulation de certaines enzymes dans ce cycle n'a aucun effet sur le taux de photosynthèse", a déclaré Zhao.

Les auteurs ont déterminé l'impact d'un changement de facteur positif ou négatif de la concentration enzymatique sur le CO photosynthétique net₂ taux d'absorption à l'aide d'un modèle de systèmes dynamiques du métabolisme du carbone photosynthétique.

Ils ont découvert que pour certaines enzymes, le CO photosynthétique₂ Le taux d'absorption augmentait avec l'activité enzymatique, puis se stabilisait. Pour d'autres enzymes, le CO2 photosynthétique₂ le taux d'absorption a d'abord augmenté avec l'activité enzymatique, puis a diminué. Zhao explique : « Nous avons été surpris de constater que certaines enzymes généraient des réponses biphasiques. En analysant la localisation des enzymes biphasiques dans le CBC et la relation entre l'enzyme et les intermédiaires pour chaque étape enzymatique, nous avons pu déterminer que ces enzymes catalysent toujours les réactions dans un sous-cycle consommant l'un des substrats partagés et le produit est utilisé comme un substrat pour une réaction du sous-cycle suivant.

La capacité d'une enzyme biphasique doit être maintenue dans une plage étroite pour obtenir un CO efficace₂ flux de fixation. Lorsque la capacité d'une enzyme biphasique est en excès, le substrat partagé est principalement utilisé dans un sous-cycle et devient une limitation pour les réactions dans un autre sous-cycle. En conséquence, l'augmentation de la capacité enzymatique diminue, plutôt qu'elle n'augmente, le flux du CBC. Les auteurs concluent que pour cette raison, ces enzymes ne sont pas des cibles idéales pour l'amélioration génétique de la photosynthèse.