Dans la quête d’augmentation de la productivité des cultures, les scientifiques de Obtenir une efficacité photosynthétique accrue Le projet RIPE s'est concentré sur la rubisco, l'une des enzymes les plus abondantes sur Terre. La rubisco joue un rôle essentiel dans la photosynthèse, mais obtenir une mesure précise peut s'avérer complexe. Dans un chapitre de livre récemment publié, les chercheurs de l'Université de Lancaster présentent une nouvelle méthode de mesure de la rubisco, permettant d'obtenir des résultats plus cohérents.

Le chapitre, Détermination radiométrique de l'état d'activation et de la quantité de Rubisco dans les feuilles, fait partie du dernier volume de Méthodes en enzymologie, et fournit un protocole d'utilisation de dosages radiométriques pour mesurer l'état d'activation et la quantité de Rubisco dans les feuilles des plantes. Ce texte se veut un guide pratique et robuste pour les débutants en biochimie végétale souhaitant travailler avec la Rubisco. Il propose une procédure détaillée adaptable à diverses espèces végétales, ce qui en fait une ressource polyvalente pour les laboratoires du monde entier.

« Nous avons mené études précédentes « Les chercheurs utilisent l'absorbance de la lumière pour déterminer l'activité de la Rubisco, mais il a été démontré qu'ils sous-estiment cette activité », a déclaré Caty Ashton, auteure principale du chapitre et technicienne principale en biochimie au RIPE de Lancaster. « Les méthodes radiométriques tendent à donner des résultats plus fiables grâce au suivi direct de l'activité de la Rubisco, tandis que les méthodes alternatives fonctionnent en suivant les réactions secondaires. »

La rubisco est la protéine présente dans les chloroplastes des plantes qui initie la fixation du dioxyde de carbone atmosphérique en sucres (nutriments végétaux). Bien qu'essentielle à la croissance des plantes, elle présente plusieurs faiblesses qui limitent le taux de photosynthèse et constituent un obstacle à la productivité des cultures. Selon Ashton, les méthodes précédentes de mesure de l'activité de la rubisco, comme la mesure de l'absorbance lumineuse, ne permettent souvent pas d'obtenir des données aussi précises que celles obtenues par analyse radiométrique. L'analyse radiométrique consiste à utiliser des isotopes radioactifs pour étudier des processus tels que l'absorption des nutriments, l'activité enzymatique et, dans ce cas, l'activité de la rubisco dans diverses conditions. C'est la meilleure méthode pour mesurer l'activité de la rubisco, car elle permet de mesurer directement l'incorporation de CO.₂ en sucre, tandis que d'autres techniques de mesure s'appuient sur quelques réactions différentes pour évaluer indirectement le taux de CO₂ assimilation.

« L'activité de la Rubisco change très rapidement en fonction de l'intensité lumineuse. Par conséquent, si les échantillons sont prélevés à l'ombre, les résultats de l'analyse seront trompeurs », a déclaré Ashton. « Les fluctuations d'intensité lumineuse peuvent entraîner une baisse de l'activité de la Rubisco en quelques secondes. C'est pourquoi nous utilisons un système d'échantillonnage spécialisé, conçu pour simuler un ensoleillement constant dans une chambre contrôlée. Cependant, comme nous l'expliquons dans le chapitre du livre, un échantillonnage minutieux des plantes peut néanmoins permettre des résultats cohérents. »

Dans ce chapitre, les auteurs du laboratoire Carmo-Silva présentent les meilleures pratiques pour la collecte d'échantillons. Par exemple, exposer les échantillons de feuilles à une lumière stable, puis les congeler dans de l'azote liquide, élimine la variabilité causée par les variations de luminosité survenant jusqu'à 45 minutes avant le prélèvement. Cela permet aux scientifiques de mieux comprendre l'activité de la Rubisco et sa réponse à des variables autres que la lumière.

La recherche qui soutient ce travail fait partie de RIPE, un projet de recherche international qui vise à accroître la production alimentaire mondiale en développant des cultures vivrières qui transforment l'énergie solaire en nourriture de manière plus efficace avec le soutien de Innovations agricoles de Gates.

Les recherches de l'équipe ont des implications directes pour l'amélioration des cultures, notamment pour des cultures comme le niébé, une culture de base dans de nombreuses régions du monde et au cœur du projet RIPE. En révélant l'impact des différentes conditions environnementales sur la Rubisco, la méthode radiométrique pourrait orienter les programmes de sélection et les pratiques agricoles, aidant ainsi les agriculteurs à sélectionner des variétés mieux adaptées à leur environnement.

« J’espère que notre chapitre de livre pourra être utilisé par d’autres chercheurs pour permettre une meilleure compréhension de la fonction de la Rubisco dans les plantes, qui est l’une des cibles clés pour améliorer l’efficacité de la photosynthèse et, par conséquent, les rendements des cultures », a déclaré Ashton.

Ashton recommande les lectures suivantes à ceux qui souhaitent en savoir plus sur d'autres études pertinentes réalisées sur la Rubisco :

• Amaral, J., Lobo, AK, Carmo-Silva, E. et Orr, DJ (2024). Purification du rubisco des feuilles. Photosynthèse : méthodes et protocoles (pp. 417-426). New York, New York : Springer États-Unis. Ventes, CRG, Silva, A. et Carmo-Silva, E. (2020). https://link.springer.com/protocol/10.1007/978-1-0716-3790-6_22
• Protocoles de Sales et al. (2020) Activité de la Rubisco : défis et opportunités des dosages basés sur des microplaques liées au NADH et sur le 14C. Protocols.io. https://doi.org/10.17504/protocols.io.bf8djrs6.
• Taylor, SH, Gonzalez-Escobar, E., Page, R., Parry, MA, Long, SP et Carmo-Silva, E. (2022). Une désactivation de la Rubisco plus rapide que prévu à l'ombre réduit le potentiel photosynthétique du niébé dans des conditions de lumière variables. Nature Plants, 8(2), 118-124. https://doi.org/10.1038/s41477-021-01068-9

Lire le chapitre du livre :

Ashton, CJ, Page, R., Lobo, AK, Amaral, J., Siqueira, JA, Orr, DJ et Carmo-Silva, E. (2024). Détermination radiométrique de l'état d'activation du rubisco et de sa quantité dans les feuilles. Méthodes en enzymologie, 708, 323-351. https://doi.org/10.1016/bs.mie.2024.10.018.

Cet article a été écrit par David Hong, étudiant senior à l'Université de l'Illinois.