Dans un futur pas si lointain, nous aurons peut-être la possibilité de faire pousser de jolies plantes capables de briller dans nos intérieurs. Mais nous pourront également mieux les comprendre.
Le film Avatar, sorti en 2007, évoquait à l’époque une planète imaginaire tapissée de plantes bioluminescentes luxuriantes. Les progrès de la génétique nous permettent aujourd’hui d’entrevoir un tel monde. Dans Nature Biotechnology, des chercheurs détaillent comment ils ont réussi à faire pousser des plantes capables de briller en continu tout au long de leur cycle de vie, du semis à la maturité, grâce à des champignons.
Un processus complexe
Modifier un système biologique est assez délicat, tant la nature est complexe. Comme les engrenages d’une montre, les pièces nouvellement ajoutées doivent en effet pouvoir s’intégrer parfaitement dans le métabolisme du nouvel hôte. Des tentatives précédentes se sont notamment appuyées sur la bioluminescence de certaines bactéries pour illuminer des plantes. Mais ces recherches ont finalement échouées, pour la simple et bonne raison que les « pièces » permettant la bioluminescence chez les bactéries ne s’imbriquaient pas correctement dans des organismes plus complexes.
Des tentatives ont également été faites à partir des lucioles. Si certaines plantes ont cette fois réussi à briller, cette bioluminescence n’a en revanche pas duré très longtemps. Dans le cadre de nouvelles recherches, le Dr. Keith Wood et son équipe, de Light Bio, en collaboration avec Planta, une start-up de biotechnologie située à Moscou, se sont finalement appuyés sur des champignons, dont certains sont capables de produire leur propre lumière.
Plus d’affinités biologiques entre plantes et champignons
Si les champignons et les plantes ne sont pas étroitement liés, ces organismes ont en revanche un point commun.
Grossièrement, la molécule organique autorisant la bioluminescence des champignons – l’acide caféique – produit de la lumière à travers un cycle métabolique impliquant quatre enzymes. Deux enzymes convertissent la molécule en un précurseur luminescent, qui est ensuite oxydé par une troisième enzyme pour produire un photon. La dernière enzyme reconvertit finalement la molécule oxydée en acide caféique de manière à recommencer le cycle.
Mais il faut aussi savoir que l’acide caféique est également nécessaire chez les plantes pour fabriquer des parois cellulaires, composées de lignine. Ainsi, sur la basse de cette connaissance, et après avoir compris la manière dont les champignons fabriquent de la lumière, les chercheurs ont alors transféré les gènes des enzymes impliquées dans le processus dans des graines de plants de tabac (parce que leur génétique est aujourd’hui bien comprise et qu’ils poussent vite).
Selon les auteurs, une bioluminescence a été observée au niveau des feuilles, des tiges, des racines et des fleurs de tous les plants étudiés. La production de lumière (plus d’un milliard de photons par minute) a également été obtenue sans nuire à la santé des plantes.
« Il y a trente ans, j’ai aidé à créer la première plante luminescente utilisant un gène de lucioles, explique le Dr. Keith Wood. Ces nouvelles plantes peuvent produire une lueur beaucoup plus brillante et plus constante, qui est pleinement incarnée dans leur code génétique ».
Mieux comprendre les plantes
Cette nouvelle avancée, outre son potentiel esthétique, pourrait également permettre aux chercheurs d’étudier le fonctionnement interne des plantes sous un regard nouveau.
À titre d’exemple, il a été remarqué que la lumière produite augmente considérablement lorsqu’une peau de banane mûre (qui émet de l’éthylène) est placée à proximité. Des vagues de lumière peuvent être également visibles, soulignent les auteurs, révélant des comportements actifs au sein des plantes qui seraient autrement cachés.
« À l’avenir, cette technologie pourra être utilisée pour visualiser les activités de différentes hormones à l’intérieur des plantes au cours de leur vie, assure le Dr Karen Sarkisyan, PDG de Planta. Et ce de manière absolument non invasive. Nous pourrons également être en mesure de surveiller les réponses des plantes à divers stress et changements dans l’environnement, tels que la sécheresse ou les blessures par des herbivores ».
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