Comment augmenter les rendements agricoles en optimisant la photosynthèse ?

La photosynthèse est le processus par lequel la lumière entraîne des réactions bioénergétiques dans les chloroplastes des plantes pour fixer le CO₂, synthétiser des sucres pour produire ensuite toute la biomasse de la plante. Travailler sur l’optimisation de la photosynthèse permettrait d’augmenter la fixation du CO₂ et le rendement des cultures en Europe. Ce projet s’inscrit dans le cadre d’une nouvelle révolution verte destinée à faire face à la future crise alimentaire annoncée aux alentours de 2050. La population mondiale devrait alors dépasser les 9 milliards de personnes. Les experts en sécurité alimentaire estiment qu’une augmentation de 110 % de la productivité actuelle des cultures sera nécessaire. Cependant, l’amélioration actuelle des rendements peine à atteindre 1 % par an alors que l’augmentation de la productivité des principales cultures alimentaires comme le blé et le riz est au point mort dans certaines grandes zones de production.  Programmes de sélections et pratiques agricoles intelligents sont en cours de développement néanmoins, de nouvelles innovations doivent encore être développées.

Dans ce contexte, l’efficacité de la photosynthèse a sans doute son mot à dire, car elle est aujourd’hui bien inférieure au maximum théorique du processus de conversion du CO₂ en molécule carbonée via l’énergie lumineuse. Le projet CAPITALISE coordonné par l’université de Wageningen (Pays-Bas), vise donc l’amélioration de ce processus bioénergétique naturel.

CAPITALISE vise ainsi à capitaliser sur trois stratégies parmi les plus prometteuses pour identifier les ressources génétiques modulant les propriétés photosynthétiques des plantes cultivées : 

– La modulation du cycle de Calvin

– La cinétique des réponses photosynthétiques aux changements d’éclairement 

– L’ajustement de la teneur en chlorophylle, fournissant ainsi de nouveaux outils permettant d’augmenter la fixation du CO₂.

Pour ce faire, l’équipe Photosynthèse et Environnement du BIAM qui collabore au projet s’est fixée comme objectif de découvrir les bases génétiques de la variation naturelle des paramètres photosynthétiques chez trois grandes cultures européennes : l’orge, la tomate et le maïs.

Les résultats permettront d’établir une feuille de route complète traçant la faisabilité technique de l’amélioration du rendement de la photosynthèse sans recourir aux manipulations génétiques. « En se fondant sur de précédents travaux, nous nous attendons à une augmentation des rendements de 10 % ou plus, avec des avantages supplémentaires sur le plan de la durabilité grâce à une utilisation plus économique des ressources en eau et en engrais azotés » détaille l’équipe du BIAM.

Travaillant aussi sur les notions de perception sociale et culturelle de la science, la mise en place d’un dialogue citoyen impliquera aussi les partenaires industriels du projet, afin de cerner les limites d’acceptabilité des biotechnologies végétales comme voies potentielles d’amélioration des cultures.