Projet Horizon Europe Metacam : Flexibilité métabolique en période de sécheresse : Exploiter Portulaca pour définir les principes de conception d'une voie combinée C4-CAM

L'augmentation des vagues de chaleur et des sécheresses affecte gravement la capacité des cultures à retenir l'eau et à capturer le CO2 lors de la photosynthèse, entraînant une baisse des rendements mondiaux. L'une des approches les plus prometteuses pour améliorer la production agricole en conditions de stress consiste à modifier synthétiquement la capacité photosynthétique des plantes.

Dans la nature, certaines lignées ont développé des mécanismes tels que la photosynthèse en C4 et le métabolisme acide crassulacéen (CAM) pour résoudre certains de ces problèmes. Alors que les espèces en C4 sont extrêmement efficaces pour la fixation du CO2 mais vulnérables aux sécheresses sévères, les plantes CAM sont moins productives mais très capables de faire face à des périodes de sécheresse importantes. La conception d'un système conjoint C4-CAM exploitant les caractéristiques du CAM pour lutter contre la sécheresse, tout en exploitant la puissance du C4, pourrait changer la donne pour accroître la résilience des cultures. Pendant des décennies, la coexistence de C4 et de CAM a été considérée comme incompatible dans la nature. Une exception à la règle se trouve dans le genre Portulaca, où les espèces en C4 peuvent activer le CAM en période de sécheresse. Malgré l'énorme potentiel de bio-ingénierie du Portulaca, les activateurs moléculaires permettant l'existence du C4-CAM dans ce clade restent insaisissables. Des études phylogénétiques et morphologiques antérieures chez le Portulaca indiquent que l'anatomie foliaire combinée de C4 (anatomie de Kranz) et de CAM (succulence) pourrait être le principal facilitateur du C4-CAM.

En combinant études anatomiques, métabolomique cellulaire spécifique et génomique avec la biologie synthétique, mon objectif est d'identifier les déterminants moléculaires fondamentaux de la commutation C4-CAM chez le pourpier et d'exploiter ces connaissances pour transférer les caractéristiques anatomiques de la CAM à des espèces C4 extérieures au pourpier, comme preuve de principe. Cela posera les bases de futures phases d'ingénierie visant à obtenir une commutation C4-CAM pleinement fonctionnelle. METACAM constituera un progrès considérable dans notre compréhension de la conception, de l'ingénierie et de l'intégration de voies métaboliques incompatibles dans les organismes multicellulaires, ce qui sera largement applicable à l'ingénierie des cultures.