Alors que les températures augmentent et que les sécheresses se multiplient, les scientifiques cherchent comment aider les plantes à survivre avec moins d'eau. Certains arbres tropicaux détiennent peut-être déjà une partie de la réponse.

Des chercheurs de l'Université de Vienne ont découvert comment certains arbres du genre Clusia ont développé une forme inhabituelle de photosynthèse qui leur permet d'absorber le dioxyde de carbone la nuit tout en conservant leur humidité le jour. Publiée dans Nature Communications, l'étude montre comment des millions d'années de changements génétiques ont produit différentes stratégies d'économie d'eau au sein d'un même groupe d'arbres tropicaux.

<h3>Le mystère d'une photosynthèse</h3>

La plupart des plantes absorbent le dioxyde de carbone par de minuscules pores appelés stomates, qui s'ouvrent généralement le jour. Mais ces ouvertures laissent aussi s'échapper l'eau par évaporation.

Pour les plantes des milieux secs, il faut donc trouver un équilibre délicat entre capter le dioxyde de carbone et conserver l'humidité.

Certains arbres tropicaux résolvent ce problème en ouvrant leurs stomates la nuit, lorsque les températures sont plus fraîches et l'évaporation réduite.

Ils stockent le dioxyde de carbone absorbé sous forme d'acide malique, puis le libèrent en interne pendant la journée pour la photosynthèse. Ce processus s'appelle le métabolisme acide crassulacéen, ou CAM.

<h3>Une découverte aux racines anciennes</h3>

Le comportement inhabituel des Clusia a attiré l'attention des scientifiques il y a plus de deux siècles. Vers 1800, le naturaliste Alexander von Humboldt observa qu'une feuille d'arbre tropical immergée dans l'eau ne libérait pas les bulles d'oxygène attendues en plein jour.

On sait aujourd'hui que les plantes CAM peuvent garder leurs stomates fermés le jour tout en continuant à utiliser le dioxyde de carbone stocké pour la photosynthèse.

Mais la façon dont cette capacité est apparue chez les différentes espèces de Clusia restait floue.

<h3>Trois arbres, des stratégies différentes</h3>

Pour le savoir, les chercheurs ont comparé les génomes de trois espèces : Clusia rosea, Clusia minor et Clusia major. Ils ont aussi étudié leur réaction à des variations de disponibilité en eau, en serre, dans des conditions proches de la nature. Les résultats ont révélé des différences frappantes.

Clusia rosea pratique une forme marquée de CAM et stocke d'importantes quantités de dioxyde de carbone pendant la nuit. Clusia minor active surtout ce processus lorsque les conditions deviennent stressantes. Clusia major, elle, combine l'absorption classique du dioxyde de carbone en journée et le CAM, une stratégie hybride et flexible. Ces différences montrent comment des arbres étroitement apparentés peuvent réagir différemment au manque d'eau.

<h3>Comment des gènes anciens ont changé</h3>

Les chercheurs ont découvert que les trois espèces avaient connu d'anciennes duplications de génome, laissant à leurs ancêtres des copies supplémentaires de matériel génétique.

Au fil de millions d'années, ces génomes agrandis ont été profondément réorganisés : certains gènes dupliqués ont disparu, d'autres sont devenus inactifs, et certains ont acquis de nouvelles fonctions. Hannes Kramml, auteur principal, explique que ce remaniement évolutif a touché des gènes impliqués dans le stockage nocturne du dioxyde de carbone.

Le professeur Wolfram Weckwerth, qui dirige la recherche, ajoute que cette vaste réorganisation des génomes dupliqués aide à comprendre pourquoi les Clusia ont développé des stratégies photosynthétiques si variées.

Le CAM serait donc apparu à travers de multiples changements génétiques plutôt qu'en un seul événement évolutif.

<h3>Une piste pour les cultures de demain ?</h3>

Les plantes CAM utilisent l'eau plus efficacement que celles qui reposent uniquement sur la photosynthèse classique. Comprendre les gènes et les processus métaboliques à l'origine de cet avantage pourrait à terme aider à développer des cultures mieux adaptées aux milieux secs.

Transférer ces mécanismes complexes aux plantes agricoles exigerait toutefois beaucoup de recherches supplémentaires. L'étude portait sur des arbres tropicaux et non sur des cultures génétiquement modifiées : les applications agricoles restent une perspective à long terme.

<h3>Une leçon de la nature</h3>

Ces résultats montrent comment la flexibilité évolutive aide les plantes à s'adapter à des milieux difficiles. En comprenant comment les arbres tropicaux économisent l'eau tout en maintenant leur photosynthèse, les scientifiques pourraient trouver de nouvelles pistes pour renforcer la résilience de l'agriculture.

Alors que le changement climatique accroît la pression sur la production alimentaire mondiale, ces arbres remarquables offrent de précieux indices sur la survie des plantes quand l'eau se fait rare.