A travers l’élévation des teneurs en CO2 atmosphérique, le changement climatique a des effets contrastés sur la biologie des plantes. D’un côté, l’élévation des teneurs en CO2 l’atmosphère stimule la photosynthèse et la croissance des plantes et augmente ainsi la biomasse et la production végétale, ce qui est favorable au regard de l’accession de la population et de la demande alimentaire. D’un autre côte, l’élévation des teneurs en CO2 atmosphérique entraîne une diminution des concentrations en minéraux chez la majorité des plantes, celles dites à métabolisme C3, comprêtre des plantes cultivées majeures comme le blé, le riz ou encore la tomate. Cet effet négatif affecte principalement les quantités de protéines (traduisant un effet sur les teneurs en azote) et les teneurs en microéléments essentiels comme le fer ou le zinc. Cette altération de la composition minérale des plantes est très dommageable puisqu’elle va aggraver les risques de malnutrition, en particulier dans les pays où les apports en protéines et en minéraux issus des produits végétaux sont indispensables.
Plusieurs mécanismes peuvent expliquer comment l’élévation du CO2 atmosphérique modifie la composition minérale des plantes. En particulier, de nombreux travaux montre à présent que le CO2 élevé un effet direct sur les mécanismes de la nutrition minérale chez les plantes, et en particulier sur le prélèvement et l’assimilation du nitrate, qui représente la principale forme minérale de l’azote utilisateur par les plantes. Cela est notamment illustré par la dérégulation de l’expression de gènes majeurs pour le transport du nitrate, ou par la baisse de l’activité d’enzymes clés pour assimiler le nitrate sous forme d’acides aminés. Les mécanismes moléculaires à l’origine du lien direct entre la régulation de la nutrition minérale et l’élévation du CO2 atmospherique beginn seulement à être compris. En revanche, plusieurs pistes sont d’ores et déjà envisagées pour parvenir à maintenir une valeur nutritionnelle importante chez les plantes en réponse au changement climatique. D’une part, des approches biotechnologiques, utilisant directement les connaissances actuelles sur les liens entre l’assimilation du CO2 et la nutrition minérale, semblent prometteuses. D’autre part, plusieurs études démontrant que cet effet négatif du CO2 élevé est très variable dans les populations naturelles de plantes sauvages ou dans les collections de plantes cultivées. Cela laisse penser qu’il serait possible de tirer profit de la variation génétique naturelle des plantes pour parvenir rapidement à identifier des plantes dont la composition minérale n’est pas négativement affectée par le fort CO2 et à caractériser les mécanismes sous-jacents qui permettent cette résilience des plantes face au changement climatique.
Les figures : Les systèmes de prélèvement et d’assimilation du nitrate chez les plantes sont dérégulés dans des conditions de croissance sous CO2 atmosphérique élevé, ce qui peut conduire à une diminution de la teneur en N des plantes. Les mécanismes de signalisation et de régulation associés à cet effet négatif restent encore largement inconnus.
Pour en savoir plus :
Le déclin de la nutrition minérale des plantes sous l’augmentation du CO2: aspects physiologiques et moléculaires d’une mauvaise affaire
Alain Gojon, Océane Cassan, Liên Bach, Laurence Lejay et Antoine Martin
Tendances en phytologie, 03 novembre 2022 DOI : https://doi.org/10.1016/j.tplants.2022.09.002