Des scientifiques réinventent la production d’huile végétale

Des scientifiques réinventent la production d'huile végétale

Des chercheurs américains ont révélé une méthode novatrice pour augmenter la teneur en huile des feuilles et des graines de plantes. Cette découverte pourrait transformer les cultures en véritables usines vertes pour la production durable de carburants.

Les scientifiques du Laboratoire National de Brookhaven, relevant du Département de l’Énergie des États-Unis, ont identifié et modifié avec succès des parties clés d’une protéine qui protège les gouttelettes d’huile nouvellement synthétisées. Ces modifications génétiques permettent de préserver la protéine protectrice de l’huile, favorisant ainsi une accumulation accrue d’huile dans les plantes.

John Shanklin, biochimiste et président du département de biologie du laboratoire, qui a dirigé la recherche, souligne l’importance de cette découverte : « L’application de cette stratégie dans les plantes à huile ou à bioénergie pourrait répondre à la demande croissante en carburant biodiesel et/ou en huiles végétales importantes sur le plan nutritionnel ».

L’équipe de John Shanklin s’efforce depuis des années d’augmenter l’accumulation d’huile dans les plantes, en particulier dans les parties végétatives comme les feuilles, qui généralement produisent peu d’huile. En améliorant leur capacité à accumuler de l’huile, le contenu énergétique de la biomasse de la plante pourrait être considérablement augmenté.

Les coauteurs de l’étude, Yuanxue Liang, John Shanklin et Sanket Anaokar, tiennent des plants d’Arabidopsis utilisés pour confirmer l’altération de l’expression génétique et de l’accumulation d’huile. Credit: Sanket Anaokar/Brookhaven National Laboratory

Protection Renforcée des Gouttelettes d’Huile

La recherche s’est concentrée sur des stratégies génétiques qui incitent biochimiquement les cellules végétales à produire davantage d’huile et à stocker cette huile dans des gouttelettes lipidiques. Comme l’explique John Shanklin, « une fois l’huile produite, elle peut être dégradée, et le niveau d’accumulation est un équilibre entre la synthèse et la dégradation ».

Par conséquent, les scientifiques ont également adopté une troisième approche : augmenter la production de protéines qui protègent les gouttelettes lipidiques contre la dégradation. Une de ces protéines protectrices, naturellement produite par les plantes, est connue sous le nom d’oléosine. L’oléosine s’insère dans la membrane des gouttelettes d’huile, bloquant l’accès aux enzymes appelées lipases qui déclenchent la dégradation de l’huile.

« Nous et d’autres avons généralement augmenté les niveaux de cette petite protéine pour protéger les gouttelettes lipidiques », a indiqué John Shanklin. L’oléosine elle-même peut être dégradée, limitant son efficacité. Ainsi, dans leurs nouveaux travaux, les chercheurs ont cherché un moyen de protéger le protecteur d’huile.

Images de feuilles de tabac obtenues par microscopie confocale montrant l’abondance relative de la protéine oléosine. La variante la plus réussie (à l’extrême droite) a donné lieu à une abondance d’oléosine significativement plus importante (fluorescence verte) par rapport aux autres variantes et au contrôle par vecteur vide (EV). Ce résultat est cohérent avec l’observation d’une plus grande accumulation d’huile dans cette même variante et le rôle de l’oléosine en tant que protecteur des gouttelettes de lipides. Les images en champ clair représentent le tissu utilisé pour l’imagerie. Credit: Sanket Anaokar/Brookhaven National Laboratory

Suppression des Signaux de Dégradation

Sanket Anaokar, chercheur associé au laboratoire et auteur principal de l’étude, a déclaré : « Nous avons supposé que si nous pouvions identifier et supprimer les parties de l’oléosine que les enzymes de dégradation reconnaissent, les signaux de dégradation, nous pourrions permettre à l’oléosine de persister et d’améliorer l’accumulation d’huile ».

En s’appuyant sur des indices fournis par d’autres groupes de recherche, l’équipe a conçu des variantes de la protéine oléosine et a testé leurs effets sur les feuilles de tabac. Ils ont d’abord modifié les acides aminés supposés impliqués dans la dégradation de l’oléosine, puis ont rétabli les mutations une par une pour identifier celles qui avaient le plus grand impact sur l’accumulation d’huile. Finalement, cela leur a permis d’identifier quelques mutations clés rendant l’oléosine nettement plus résistante à la dégradation.

« Ces changements ont permis aux formes variantes de l’oléosine de s’accumuler à des niveaux plus élevés, ce qui a protégé plus efficacement l’huile, augmentant ainsi également les niveaux d’huile », a ajouté Shanklin.

Les plantes exprimant le mélange le plus réussi de modifications génétiques ont accumulé 54 % d’huile en plus dans leurs feuilles et 13 % de plus dans leurs graines par rapport aux plantes non modifiées.

Modèle montrant l’utilisation d’OLE1 modifié dans la stratégie PUSH-PULL-PROTECT pour augmenter l’accumulation d’huile dans les cellules végétales. Cette stratégie combine des modifications visant à pousser le carbone dans la production de triacylglycérol (TAG), une forme d’huile stockée dans les gouttelettes lipidiques (LD), à l’aide d’un gène efficace de la diacylglycérol O-acyltransférase 2 de souris (mD). Dans cette étude, les scientifiques ont cherché à modifier l’oléosine, une protéine qui protège les gouttelettes lipidiques de la dégradation. A. Avec les variantes SiO ou SiCO de l’oléosine, la dégradation de l’huile reste importante. B. La variante OLE1 est plus résistante à la dégradation, elle offre donc plus de protection et entraîne une dégradation moindre de l’huile. Credit: Sanket Anaokar/Brookhaven National Laboratory

Une Surprise Sérendipiteuse

Une découverte surprenante a été que les modifications apportées pour protéger les gouttelettes d’huile n’ont pas eu d’effets négatifs sur la croissance des plantes ou sur la capacité des graines à germer. Cela était inattendu car les graines de plantes doivent dégrader l’huile stockée pour alimenter la germination et les premiers stades de la croissance des semis, jusqu’à ce que la plante se soit suffisamment établie et ait développé assez de feuilles pour que la photosynthèse prenne le relais et alimente la croissance ultérieure.

« Nous avions initialement des préoccupations que la prévention de la dégradation de l’huile pendant le développement des graines inhiberait ce processus d’établissement », a déclaré Shanklin. « Mais nous avons découvert que l’établissement n’est pas affecté par les variantes d’oléosine. Cela nous indique que, pendant la croissance précoce, la plante utilise un autre mécanisme pour dégrader l’huile afin que les semis puissent accéder à son énergie stockée. »

« Nous ne savons pas encore quel est ce processus, mais cela nous permet d’utiliser des variantes d’oléosine pour augmenter l’accumulation d’huile dans les tissus végétatifs et les graines sans nuire à la croissance des semis », a conclu Shanklin.

En synthèse

La recherche menée par le Laboratoire National de Brookhaven ouvre des perspectives prometteuses pour l’optimisation des cultures destinées à la production de biodiesel et d’huiles végétales. En manipulant génétiquement les protéines protectrices d’huile, les scientifiques ont réussi à augmenter significativement la teneur en huile des feuilles et des graines sans compromettre la croissance des plantes.

Pour une meilleure compréhension

Quel est l’objectif principal de cette recherche?

L’objectif est d’augmenter la teneur en huile des feuilles et des graines de plantes pour répondre à la demande croissante en biodiesel et en huiles végétales nutritives.

Comment les scientifiques ont-ils augmenté la teneur en huile des plantes?

Ils ont modifié génétiquement des protéines qui protègent les gouttelettes d’huile, permettant ainsi une accumulation plus importante d’huile.

Quelle protéine a été modifiée dans cette étude?

L’oléosine, une protéine qui protège les gouttelettes d’huile contre la dégradation, a été modifiée pour augmenter sa résistance et son efficacité.

Quels sont les effets des modifications génétiques sur la croissance des plantes?

Les modifications pour protéger les gouttelettes d’huile n’ont pas eu d’effets négatifs sur la croissance des plantes ou sur la capacité des graines à germer.

Quelles sont les implications potentielles de cette recherche?

Cette recherche pourrait conduire à une production plus efficace de biodiesel et à l’amélioration de la valeur nutritionnelle des huiles végétales, contribuant ainsi à une agriculture plus durable.

Références

Légende illustration : Sanket Anaokar, biologiste au Brookhaven Lab, est le premier auteur d’un article décrivant les moyens d’amener les plantes à accumuler plus d’huile en protégeant une protéine qui empêche l’huile d’être décomposée. Les scientifiques ont démontré une augmentation de l’accumulation d’huile dans les feuilles de tabac (premier plan), mais la stratégie pourrait potentiellement être appliquée aux plantes oléagineuses telles que le sorgho (arrière-plan). Crédit : Kevin Coughlin/Brookhaven National Laboratory

Shanklin, J., et al. (2021). New Phytologist. “A new way to boost the oil content of plant leaves and seeds.”

[ Rédaction ]

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