L'augmentation du taux de CO2 stimule la croissance des végétaux

L'expression des gènes révèle que les plantes s'adaptent aux niveaux croissants de CO2.

Une recherche soutenue en partie par le projet EXPEER financé par l'UE a déterminé que les plantes s'adaptent de plus en plus à l'augmentation du dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère, ce qui pourrait avoir des implications importantes pour la sécurité alimentaire mondiale et la protection de la nature.

Une étude réalisée par l'université de Southampton, au Royaume-Uni, publiée récemment dans la revue «Global Change Biology», révèle que l'exposition à des émissions élevées de CO2 est associée à une altération de l'expression des gènes, ce qui indique que les modifications de la régulation des gènes pourrait constituer un mécanisme important de l'adaptation à un niveau de CO2 croissant.

Les avantages à court terme de l'augmentation du CO2

Face à l'augmentation du CO2 présent dans l'atmosphère (les émissions ont augmenté plus rapidement dans les années 2000 que dans les années 90 et la concentration de CO2 a atteint pour la première fois 400 ppm en 2013), l'impact à court terme sur des plantes peut être décrit comme relativement positif, puisqu'il entraîne une augmentation de la photosynthèse et une croissance supérieure des plantes, y compris dans l'agriculture et la production alimentaire. La Terre est, par conséquent, devenue plus verte au cours des dernières décennies, du fait que l'augmentation du taux de CO2 a stimulé la croissance des végétaux.

Toutefois, l'impact à long terme sur les végétaux de l'augmentation des émissions de CO2 dans l'atmosphère reste sujet à débat dans la sphère scientifique. «Jusqu'à présent, rares étaient les rapports à apporter des indications sur les conséquences à long terme de l'augmentation du CO2 sur plusieurs générations et aucun ne portait sur l'étude de la signature moléculaire mettant en évidence l'adaptation des végétaux», a indiqué le professeur Gail Taylor de l'université de Southampton et auteur principal de l'étude. «L'absence d'étude s'explique par la complexité du problème à résoudre. Il est en effet difficile de trouver aujourd'hui des plantes exposées aux conditions atmosphériques de demain.»

Pour étudier le problème plus en détail, l'équipe de recherche a utilisé une ressource unique constituée de sources naturellement riches en CO2 dans lesquelles les plantes ont été soumises à des quantités plus importantes de CO2 sur des centaines d'années et plusieurs générations. L'étude de plants de plantain lancéolé (plantago lanceolata) issus d'un site «source» situé à Bossoleto, en Italie, et la comparaison de leur signature moléculaire à celle des mêmes plantes provenant d'un site de «contrôle» (présentant le niveau de CO2 actuel) a mis en évidence des différences frappantes dans l'expression génique totale (processus via lequel des gènes spécifiques sont activés pour produire une protéine requise).

«L'étude montre qu'en prenant des plantes issues de ces deux milieux qui restituent l'atmosphère actuelle et celle du futur (2100) et en les plaçant ensemble dans un même environnement, les plantes issues des sites sources étaient plus vigoureuses et présentaient un meilleur taux de photosynthèse», a déclaré le professeur Taylor. «Plus important encore, des différences d'expression de plusieurs centaines de gènes ont été décelées sur les plantes issues des sites sources.»

D'après les données recueillies sur l'expression des gènes, le professeur Taylor et son équipe prévoient que le verdissement de la planète va se poursuivre. «Face à l'augmentation du CO2, il ne va ni disparaître, ni se stabiliser mais, dans les plantes du futur, une partie du carbone supplémentaire ira probablement dans des substances chimiques secondaires dédiées à leur défense. Ce phénomène est associé à une augmentation de l'expression des gènes impliqués dans la respiration des plantes.»

Impact sur les stomates

Un des résultats les plus intéressants de la recherche a été de constater l'augmentation des stomates (petits trous qui contrôlent l'absorption du CO2 pour la photosynthèse et la perte de vapeur d'eau) situés à la surface des feuilles, après exposition à un taux de CO2 du futur pendant plusieurs générations. L'équipe avait prédit que le nombre de stomates diminuerait, corroborant ainsi les recherches passées réalisées sur les échelles de temps géologiques à partir de plantes fossiles.

Le professeur a ajouté: «Ce résultat va à l'encontre de ce que l'on pensait et suggère fortement que le nombre de stomates augmente puisque plusieurs des régulateurs clés du nombre de stomates identifiés sont sensibles aux niveaux élevés de CO2 du futur. L'un d'eux est SCREAM (SCRM2), appartenant à la famille de protéines hélice-boucle-hélice à motif basique (bHLH) qui régule les transitions du développement des plantes.

Le professeur admet que toutes les conséquences de ce changement de développement ne sont pas encore bien comprises, mais il montre que les plantes s'adapteront de manière imprévisible aux niveaux de CO2 du futur sur plusieurs générations. Ces questions en suspens sont importantes car il est impératif de comprendre comment les cultures vivrières évolueront au cours des décennies à venir suite au changement climatique, de savoir si le verdissement planétaire se poursuivra et d'identifier les conséquences de ces phénomènes sur la protection de l'environnement à l'échelle mondiale.

Outre le fait qu'elle a été financée en partie via le projet EXPEER (Distributed Infrastructure for EXPErimentation in Ecosystem Research) du 7ème PC, la recherche a également reçu le soutien du British Council et du National Environment Resource Council (NERC) du Royaume-Uni.

Pour plus d'informations, voir: site web du projet EXPEER