Comment l’augmentation du dioxyde de carbone dans l’atmosphère menace la qualité nutritionnelle des plantes
Le changement climatique a des effets différents sur la biologie des plantes par l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique. D’une part, l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère stimule la photosynthèse et la croissance des plantes, augmentant ainsi la production de biomasse et de plantes, ce qui est bénéfique pour la croissance démographique et la demande alimentaire. D’autre part, l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère a entraîné une baisse des concentrations de minéraux dans la plupart des plantes qui auraient un métabolisme C3, y compris les principales cultures comme le blé, le riz et même les tomates. Cet effet négatif affecte principalement la quantité de protéines (reflétant l’effet sur les niveaux d’azote) et les niveaux d’oligo-éléments essentiels tels que le fer ou le zinc. Cette altération de la composition minérale des végétaux est très nocive car elle augmente le risque de dénutrition, notamment dans les pays où l’apport en protéines et en minéraux issus des produits végétaux est indispensable.
Plusieurs mécanismes expliquent comment l’augmentation du dioxyde de carbone atmosphérique modifie la composition minérale des plantes. En particulier, de nombreux travaux montrent aujourd’hui qu’un CO2 élevé a un effet direct sur les mécanismes de nutrition minérale des plantes, notamment sur l’absorption et l’assimilation du nitrate, la principale forme minérale d’azote utilisée par les plantes. Ceci est particulièrement illustré par une expression dérégulée de gènes majeurs pour le transport du nitrate, ou une activité réduite d’enzymes clés qui assimilent le nitrate sous forme d’acides aminés. Les mécanismes moléculaires qui sous-tendent le lien direct entre la régulation des nutriments minéraux et l’élévation du CO2 atmosphérique commencent à peine à être compris. D’autre part, plusieurs approches ont été envisagées pour réussir à maintenir la haute valeur nutritionnelle des plantes en réponse au changement climatique. D’une part, les approches biotechnologiques exploitant directement les connaissances existantes sur le lien entre l’assimilation du dioxyde de carbone et la nutrition minérale semblent prometteuses. En revanche, certaines études ont montré que cet effet négatif d’un CO2 élevé est très variable dans les populations naturelles de plantes sauvages ou les collections de plantes cultivées. Cela suggère qu’il est possible d’utiliser la variation génétique naturelle des plantes pour identifier rapidement les plantes dont la composition minérale n’est pas affectée négativement par une forte teneur en dioxyde de carbone, et pour décrire les mécanismes sous-jacents qui donnent aux plantes cette résilience au changement climatique.
© O. Cassan & A. Martin
image: Dans des conditions de croissance de CO2 atmosphérique élevé, le système d’absorption et d’assimilation des nitrates dans les plantes est dérégulé, ce qui peut entraîner une réduction de la teneur en azote des plantes. Les mécanismes de signalisation et de régulation associés à cet effet négatif restent largement inconnus.
Pour apprendre plus:
Déclin de la nutrition minérale des plantes sous l’augmentation du dioxyde de carbone : aspects physiologiques et moléculaires de la mauvaise affaire
Alain Gojon, Océane Cassan, Lien Bach, Laurence Lejay et Antoine Martin
Tendances en phytologie, 3 novembre 2022 DOI : https://doi.org/10.1016/j.tplants.2022.09.002