La plupart d'entre nous savons que la photosynthèse se déroule dans les feuilles. C'est vrai pour la grande majorité des plantes adultes, mais ce n'est pas tout. Chez plusieurs espèces, les jeunes graines contiennent également des chloroplastes fonctionnels, ces minuscules structures qui utilisent l'énergie lumineuse pour assurer la croissance de la plante.

Ces chloroplastes des graines ne se comportent pas exactement comme ceux des feuilles. Au lieu d'effectuer la photosynthèse traditionnelle, ils pourraient contribuer à la gestion de l'apport en oxygène, à l'équilibre chimique et aux signaux de stress à l'intérieur de la graine en développement. Chez les céréales comme l'orge, ce phénomène est particulièrement intéressant car le tissu photosynthétique n'est pas réparti dans toute la graine. Il forme une très fine couche verte appelée chlorenchyme, qui enveloppe la graine. endosperme.

L'albumen constitue la réserve nutritive de la graine, riche en nutriments qui soutiendront la jeune plantule. Durant son développement, ce tissu a besoin d'oxygène pour la respiration, processus par lequel les cellules libèrent de l'énergie utilisable. L'hypothèse dominante est que le chlorenchyme fournit cet oxygène, tout en réutilisant une partie du dioxyde de carbone libéré par l'albumen. Si tel est le cas, la photosynthèse de la graine pourrait jouer un rôle important dans la croissance et la qualité du grain.

Pourtant, la photosynthèse des graines reste peu étudiée car sa mesure est complexe. Mesurer la photosynthèse des feuilles est relativement simple : les feuilles sont plates, fines et faciles à placer dans les instruments standard. Ce n’est pas le cas des graines d’orge en développement. Elles sont volumineuses et la majeure partie de leur contenu est constituée d’albumen, qui diffuse la lumière et perturbe les mesures.

Dans une nouvelle étude publiée dans Recherche scientifique sur les semencesMelvin Rodriguez Heredia et Guy Hanke, chercheurs à l'Université Queen Mary de Londres, au Royaume-Uni, ont mis au point une méthode permettant de mesurer le transport des électrons par le chlorenchyme lors de la photosynthèse. Cette méthode offre aux chercheurs un moyen plus précis d'étudier cette couche verte invisible et de comprendre son rôle exact au sein d'une graine en développement.

L'équipe s'est concentrée sur des graines d'orge récoltées 10 jours après la floraison, lorsque le chlorenchyme est suffisamment vert pour produire un signal intense tout en restant facile à séparer du reste du grain. À l'aide d'un scalpel, les chercheurs ont incisé la graine, séparé la partie dorsale du chlorenchyme et retiré délicatement l'albumen. Les fines sections vertes obtenues ont ensuite été placées dans un tampon liquide entre deux lames de verre, la face photosynthétique étant orientée vers le détecteur d'un instrument habituellement utilisé pour mesurer la photosynthèse foliaire. De fait, cette préparation délicate a permis de transformer une graine volumineuse en un échantillon fin et exploitable.

Ils ont ensuite utilisé des instruments optiques pour suivre ce qui se passait à l'intérieur de l'appareil photosynthétique, notamment les deux photosystèmesLes complexes protéiques qui convertissent l'énergie lumineuse en énergie chimique ont été étudiés. Une méthode consistait à mesurer la fluorescence de la chlorophylle, la faible lumière émise par la chlorophylle lorsque l'énergie lumineuse absorbée n'est pas utilisée pour la photosynthèse dans le photosystème II. Parallèlement, les chercheurs ont mesuré les variations de P700, une molécule de chlorophylle liée au photosystème I. Ces mesures combinées leur ont permis de suivre les deux photosystèmes en parallèle. L'équipe a également adapté une seconde méthode appelée le décalage de bande électrochromique, qui estime la vitesse à laquelle les électrons circulent dans la chaîne photosynthétique — la série de protéines qui transmettent les électrons au cours de la photosynthèse.

Les résultats ont démontré l'efficacité de la méthode. Bien que le signal provenant du chlorenchyme de la graine d'orge soit plus faible et plus bruité que celui des feuilles, les instruments ont néanmoins détecté les profils photosynthétiques attendus. Autrement dit, l'équipe a pu mesurer avec précision l'activité des deux photosystèmes dans une fine couche verte de la graine, auparavant difficile à étudier en détail.

Mais les mesures ont également révélé que la photosynthèse des graines n'est pas simplement la photosynthèse foliaire en miniature. Dans les feuilles d'orge, les deux photosystèmes s'adaptent à la lumière et maintiennent une activité relativement élevée. Dans le chlorenchyme de la graine, les deux systèmes fonctionnent à des niveaux beaucoup plus faibles. Une autre différence frappante concerne la photoprotection, le processus par lequel les plantes se protègent des dommages causés par un ensoleillement excessif. Les feuilles dissipent généralement l'excès d'énergie lumineuse sous forme de chaleur, mais le chlorenchyme de la graine active à peine ce mécanisme de protection. Cela suggère que la couche verte de la graine n'est peut-être pas conçue pour gérer la lumière de la même manière qu'une feuille.

Les mesures de déplacement électrochromique ont confirmé ce modèle. Le transport d'électrons dans les feuilles atteignait environ 50 à 60 électrons par photosystème et par seconde, tandis que les valeurs dans le chlorenchyme étaient beaucoup plus faibles, de l'ordre de 10 à 20. Ces résultats démontrent que la photosynthèse des graines d'orge est réelle, mesurable et distincte de la photosynthèse foliaire. Ils suggèrent également que cette couche verte cachée pourrait jouer un rôle spécifique dans le développement du grain, plutôt que de simplement agir comme une petite feuille interne.

Par conséquent, la méthode mise au point par Rodriguez Heredia et Hanke ne se contente pas de fournir un moyen fiable de mesurer le transport d'électrons photosynthétiques dans les graines en développement. Elle ouvre également de nouvelles perspectives de recherche passionnantes en biologie des céréales. En simplifiant l'étude de ce processus complexe, ces travaux pourraient permettre aux chercheurs de mieux comprendre le développement des grains chez les céréales qui nourrissent une grande partie de la planète.

LIRE L'ARTICLE:

Rodriguez Heredia M, Hanke G2025. Mesure du transport d'électrons photosynthétiques dans les graines vertes en développement. Recherche scientifique sur les semences 35: 236-245. https://doi.org/10.1017/s0960258526100105

Image de couverture : Grains d'orge par Davidbena (Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0).