Projet H2020 GAIN4CROPS : Reconfigurer la photorespiration en utilisant des voies naturelles et synthétiques pour augmenter durablement les rendements des cultures

La photorespiration (recyclage de la production oxygénée de Rubisco, 2-phosphoglycolate (2PG), vers le cycle de Calvin) est un processus inévitable dans les plantes modernes, dissipant de l'énergie et libérant du CO2. La photorespiration réduit l’efficacité d’assimilation du CO2, et donc le rendement de la biomasse, d’environ 30 % et représente un objectif majeur pour améliorer la productivité agricole, comme le démontrent plusieurs études récentes. Cependant, l’ingénierie des voies alternatives de photorespiration se limite jusqu’à présent aux voies qui libèrent du CO2, ce qui laisse une marge de manœuvre considérable pour de nouvelles améliorations. Une autre opportunité de réduire les inefficacités de la photorespiration est de la minimiser en modifiant le métabolisme du C4, qui sert de pompe à carbone augmentant les concentrations de CO2 près de Rubisco.

GAIN4CROPS vise à augmenter la productivité des plantes en utilisant de nouvelles stratégies pour minimiser les inefficacités de la photorespiration. GAIN4CROPS suivra une approche étape par étape, en commençant par la conception de pompes à carbone naturelles et en aboutissant à l’introduction de voies métaboliques synthétiques hautement efficaces qui peuvent augmenter considérablement la séquestration du carbone.

Dans un premier temps, nous concevrons une culture C3 pour faire fonctionner la pompe à carbone naturelle C3-C4, augmentant la fixation du carbone et nécessitant des modifications anatomiques moins complexes que le métabolisme C4, en utilisant uniquement l'édition du génome et de larges croisements. Cette étape constitue une approche conceptuellement nouvelle et « naturelle » de l’ingénierie du métabolisme du C4.

Deuxièmement, GAIN4CROPS développera des variantes de pompes à carbone synthétiques C3-C4 plus efficaces qui s'appuient sur un transport intercellulaire efficace de l'aspartate ou du malate tout en préservant les ressources cellulaires.

Enfin, en s'appuyant sur le métabolisme C3-C4, GAIN4CROPS explorera deux voies innovantes de contournement de la photorespiration qui, au lieu de libérer du CO2, fixent le carbone inorganique, contribuant ainsi directement à la fixation du carbone. GAIN4CROPS servira de feuille de route pour la recherche et l'innovation afin d'obtenir des performances photosynthétiques tout aussi supérieures dans une large gamme de cultures C3.