Des échantillons d'herbiers révèlent les origines de la photosynthèse du maïs

Publié par Adrien le 07/01/2020 à 08:00
Source: CNRS INEE
Au cours de l'évolution, les organismes vivants ont développé diverses stratégies afin de s'adapter à leur environnement. Chez les plantes, la photosynthèse C4 en particulier a joué un rôle clé dans le développement des savanes tropicales. Cette innovation évolutive a nécessité le recrutement et l'optimisation de nombreuses enzymes, et ces changements peuvent être étudiés en comparant le génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de...) d'espèces apparentées C4 et non-C4. Ceci devient cependant difficile lorsque ces espèces non-C4 ne sont pas connues.

Jusqu'à récemment, c'était le cas pour la plus importante lignée de graminées C4, appelée Andropogoneae, dont le maïs (Le maïs (aussi appelé blé d’Inde au Canada) est une plante tropicale herbacée annuelle de la famille des Poacées, largement cultivée comme céréale pour ses grains riches en amidon, mais aussi comme...) fait partie. Toutefois, une équipe internationale, composée notamment de chercheurs du laboratoire Évolution et diversité biologique (EDB - CNRS/Université de Toulouse III Paul Sabatier/IRD), vient de révéler une part de l'histoire de la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le...) C4 de ces graminées grâce à des analyses de génomes d'espèces rares "excavées" de plusieurs herbiers. Publiée le 7 octobre 2019 dans Systematic Biology, l'étude révèle que le type photosynthétique C4 des Andropogoneae a été continuellement optimisé depuis son acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) au Miocène.


Illustration de la diversité des Jansenelleae et Andropogoneae:
a) Jansenella griffithiana; b) Sorghum halepense, c) Miscanthus, et d) savane à Andropogon (USA).

La diversification du monde (Le mot monde peut désigner :) vivant a impliqué des processus complexes d'adaptation aux changements passés de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques...), qu'ils soient géologiques, climatiques ou biotiques. Chez les plantes, la photosynthèse C4 est l'un des traits adaptatifs les plus étudiés. Cette adaptation implique des changements anatomiques et biochimiques permettant d'optimiser le rendement de la photosynthèse en milieu chaud et ouvert. L'acquisition du trait C4 nécessite notamment de recruter de nombreuses enzymes pour concentrer le dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de...) dans les chloroplastes.

Plusieurs lignées de graminées C4 dominent désormais les habitats ouverts tropicaux et subtropicaux, communément appelés savanes. Parmi ces lignées, la tribu des Andropogoneae est l'une des plus remarquables, à la fois pour sa diversité, son abondance et son utilité pour l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme...). Ce groupe qui s'est diversifié depuis le Miocène, renferme près de 1200 espèces, dont le maïs, le sorgho ou la canne à sucre (Ce que l'on nomme habituellement le sucre est, dès 1406, une "substance de saveur douce extraite de la canne à sucre" (Chrétien de Troyes, Le Chevalier au lion). Il est majoritairement formé...), mais aussi domine plus d'un tiers des savanes. On estime qu'environ 5% de la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le domaine de l'énergie, le terme de biomasse regroupe l'ensemble des matières...) des plantes terrestres est produite annuellement par cette seule lignée. Les études de l'origine du caractère C4 chez les Andropogoneae ont cependant été limitées par le fait qu'aucune lignée proche non-C4 n'était connue jusqu'à très récemment, empêchant de comprendre quand et où le trait a évolué, mais aussi comment ce trait complexe a été incrémenté lors de la diversification du groupe.

Dans leur étude, les chercheurs ont tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d'abord identifié à partir de collections d'herbiers la tribu Jansenelleae, constituée de trois petites graminées non-C4 du sous-continent indien, comme le groupe frère des Andropogoneae. Ces espèces, que l'on jugerait au premier abord "insignifiantes", sont rares, ce qui explique qu'elles aient été très peu étudiées jusque-là. Le succès évolutif (En biologie, l'expression « succès évolutif » est utilisée lorsqu'un taxon occupe des habitats nombreux et différents, avec un nombre important d'espèces ou...) des Andropogoneae et Jansenelleae apparait ainsi extrêmement contrasté, et probablement en partie lié à l'acquisition ou non du caractère C4. Une comparaison des génomes de plusieurs Andropogoneae et de Jansenelleae obtenues dans différents herbiers a révélé que le recrutement d'enzymes pour le trait C4 a impliqué de nombreux changements adaptatifs à l'origine du groupe. Un taux élevé de changements s'est toutefois maintenu dans les 20 millions d'années suivantes, indiquant qu'une adaptation continue de la photosynthèse des Andropogoneae a accompagné leur radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une désintégration...) dans les savanes de tous les continents.

De nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure...), les Andropogoneae, et en particulier le maïs, représentent l'un des groupes de plantes les plus étudiées au monde, du fait de leurs intérêts économique et écologique. Il est donc évidemment surprenant qu'il ait fallu attendre l'analyse génomique (La génomique est une discipline de la biologie moderne. Elle étudie le fonctionnement d'un organisme, d'un organe, d'un cancer, etc. à l'échelle du génome, et non plus limitée à celle d'un seul...) d'échantillons d'herbier (En botanique et en mycologie, un herbier est une collection de plantes séchées et pressées entre des feuilles de papier qui sert de support physique à différentes études sur les plantes, et principalement...) d'espèces rares, et a priori sans intérêt appliqué, pour mieux comprendre l'origine de son type de photosynthèse ayant permis sa dominance des savanes du globe. Cela démontre, une fois de plus, l'importance des collections d'histoire naturelle (La démarche d'observation et de description systématique de la nature commence dès l'Antiquité avec Théophraste, Antigonios de Karystos et Pline l'Ancien. Le terme...) pour l'étude de la biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie en considérant la diversité des écosystèmes, des espèces, des populations et celle des gènes...), notamment pour comprendre l'évolution de traits fonctionnels.

Référence

Continued adaptation of C4 photosynthesis after an initial burst of changes in the Andropogoneae grasses”, Matheus Bianconi & Jan Hackel et al., publié le 7 octobre 2019 dans Systematic Biology
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.662 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique