- La science génomique avance à une vitesse fulgurante, et une découverte récente réalisée par des chercheurs américains pourrait révolutionner l'agriculture moderne, y compris la culture du cannabis.
- Cette recherche met en lumière un gène clé capable d'améliorer la photosynthèse et d'accroître significativement la hauteur des peupliers. Cette avancée pourrait également ouvrir de nouvelles perspectives pour l'amélioration génétique du cannabis et du chanvre industriel.
- Nommé Booster, ce gêne se distingue par son origine singulière et sa capacité à augmenter la hauteur des arbres de 30% en plein champ, et jusqu’à 200 % en serre, offrant ainsi un potentiel considérable pour maximiser la productivité des plantes.

L'étude intitulée An Orphan Gene BOOSTER Enhances Photosynthetic Efficiency and Plant Productivity a été publiée dans Developmental Cell et résulte d'une collaboration entre le Center for Advanced Bioenergy and Bioproduct Innovation de l'Université de l'Illinois et le Bioenergy Science Center du Oak Ridge National Laboratory en Californie.
Les travaux se sont concentrés sur Populus trichocarpa, plus connu sous le nom de peuplier noir, une espèce qui s'étend de la Basse-Californie au nord du Canada. Chez ces arbres, le gène Booster a permis une augmentation remarquable de leur hauteur en optimisant la capture de l'énergie solaire et en améliorant l'assimilation du carbone.
Le peuplier noir est souvent considéré comme un candidat idéal pour la production de biocarburants et d'autres matériaux industriels. C'est précisément au sein de cette espèce que les chercheurs ont identifié Booster, un gène chimérique issu de la fusion de multiples fragments génétiques en une seule unité.
D'où provient le gène Booster ?
Le gène Booster est le résultat de la fusion évolutive de trois séquences génétiques initialement distinctes : l'une provenant d'une bactérie présente dans la zone racinaire de l'arbre, une autre issue d'une fourmi associée à un champignon infectant l'arbre, et la troisième dérivée de la grande sous-unité de la protéine RuBisCO (Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase-oxygénase).
L'amélioration de la photosynthèse, processus fondamental par lequel les plantes transforment la lumière du soleil en énergie chimique, ne se limite pas à une croissance accrue mais implique aussi une meilleure utilisation des ressources, telles que l'eau et les nutriments. Ce point est particulièrement crucial pour le cannabis, une culture exigeante en termes de gestion environnementale.
Les chloroplastes, structures cellulaires où se déroule la photosynthèse, jouent un rôle central en convertissant l'énergie lumineuse en énergie chimique pour soutenir la croissance végétale. La protéine RuBisCO, quant à elle, capte le dioxyde de carbone atmosphérique, un élément clé de ce processus.
Depuis des années, les scientifiques cherchent à augmenter la concentration de RuBisCO dans les plantes pour améliorer les rendements agricoles et renforcer l'absorption de CO2. Les résultats obtenus lorsque l'équipe de recherche a intensifié l'expression du gène Booster chez les peupliers se sont révélés impressionnants.
Ces arbres ont présenté une augmentation de 62 % du contenu en RuBisCO, une absorption nette de CO2 par les feuilles supérieure de 25 %, et une croissance accrue de 37 % lors des essais sur le terrain. En outre, leur volume de tige a progressé de 88 %, tandis qu'en serre, leur hauteur a bondi jusqu'à 200 %.
L'efficacité du gêne Booster a également été testée sur Arabidopsis thaliana, une petite plante à fleurs considérée comme un modèle clé en génétique et en physiologie végétales. Les résultats montrent une augmentation de 50 % de sa biomasse et de sa production de graines. Cette plante, largement étudiée pour sa capacité d'adaptation à divers environnements, offre une variabilité génétique fascinante qui pourrait permettre d'élucider les mécanismes de tolérance aux stress environnementaux.
Traditionnellement, les gènes chimériques comme Booster étaient perçus comme des curiosités évolutives sans véritable fonction. Mais, cette étude démontre qu'ils peuvent jouer un rôle crucial. Les validations moléculaires et physiologiques ont confirmé que Booster améliore la photosynthèse, permettant aux plantes de s'adapter plus efficacement à des conditions lumineuses constantes ou variables.
Sur cette photo de juillet 2024, Biruk Feyissa, de l'ORNL, à gauche, tient un peuplier de cinq mois exprimant des niveaux élevés du gène Booster, tandis que son collègue de l'époque, Wellington Muchero, tient un arbre du même âge avec une expression plus faible du gène. Crédit : Genevieve Martin/ORNL, Département américain de l'énergie
Pourquoi est-ce important ?
Le peuplier noir et Arabidopsis thaliana appartiennent au groupe des plantes C3, qui inclut des cultures alimentaires essentielles telles que le soja, le riz, le blé et l'avoine. Si le gène Booster fonctionne de manière similaire dans ces espèces, cela pourrait permettre aux agriculteurs d'augmenter les rendements sans nécessiter davantage de terres, d'eau ou d'engrais.
Les chercheurs se penchent désormais sur des tests à plus grande échelle, dans divers environnements et sur des périodes prolongées, afin d'évaluer les performances de Booster sur le long terme. Ces essais visent à comprendre comment ce gène se comporte dans des conditions réelles et variées.
Cette découverte marque une avancée scientifique majeure en remettant en question l'idée que la photosynthèse est difficile à améliorer. Bien que ce processus soit souvent perçu comme figé, la machinerie moléculaire qui le sous-tend a évolué au fil du temps, s'adaptant aux contraintes environnementales des plantes. Dans le cas de Booster, l'intégration d'ADN provenant d'organismes associés a permis de transformer ce processus biologique fondamental.
Les perspectives sont immenses : si des résultats similaires peuvent être obtenus dans d'autres cultures économiquement et énergétiquement stratégiques, le gène Booster pourrait révolutionner l'agriculture. Des plantes plus efficaces, capables d'utiliser de manière optimale les ressources, contribueraient à relever les défis mondiaux liés à la sécurité alimentaire et à l'environnement - un changement qui aurait des implications profondes à l'échelle planétaire.
Applications potentielles dans la culture du cannabis
Bien que l'étude ait principalement porté sur les peupliers, les implications de la découverte du gène Booster pourraient s'étendre au cannabis et au chanvre industriel. Ces plantes partagent de nombreuses caractéristiques métaboliques et physiologiques avec les peupliers, notamment en matière de capture de la lumière et d'efficacité de croissance.
Dans la culture du cannabis, des facteurs comme la hauteur et la vigueur des plantes jouent un rôle crucial, que ce soit pour la production de biomasse dans le chanvre ou pour maximiser les rendements en fleurs dans les variétés destinées à des usages récréatifs ou médicaux. L'intégration du gène Booster dans ces plantes pourrait aboutir à des cultures plus robustes, des rendements significativement accrus et une moindre dépendance aux conditions environnementales optimales.
Par ailleurs, le chanvre, reconnu pour sa capacité à capter d'importantes quantités de carbone atmosphérique, est déjà considéré comme une culture écologique. L'introduction de Booster pourrait renforcer cette aptitude, en faisant du chanvre une ressource encore plus précieuse dans la lutte contre le changement climatique.
En ce qui concerne le cannabis à usage médical ou récréatif, l'optimisation de la photosynthèse pourrait également influencer directement la production de cannabinoïdes et de terpènes. En augmentant l'efficacité métabolique, les plantes pourraient produire des concentrations plus élevées de ces composés, améliorant ainsi à la fois la qualité et la valeur du produit final.
Défis de la mise en œuvre
Bien que les avantages potentiels du gène Booster soient considérables, son application au cannabis soulève également des défis significatifs. Il serait nécessaire de mener des recherches approfondies pour vérifier la compatibilité du gène avec les caractéristiques spécifiques de cette plante. Par ailleurs, le développement de variétés génétiquement modifiées pourrait être freiné par des régulations strictes dans de nombreux pays, où les lois sur les organismes génétiquement modifiés (OGM) restent particulièrement restrictives.
Un autre obstacle majeur réside dans l'acceptation par le marché. De nombreux consommateurs de cannabis, en particulier ceux qui privilégient les produits biologiques ou naturels, pourraient se montrer réticents à adopter des produits issus de plantes génétiquement modifiées. Pour surmonter cette barrière, il serait essentiel d'accompagner ces avancées de campagnes éducatives claires, expliquant à la fois les avantages et les inconvénients de ces innovations.
Cependant, ce qui demeure indéniable, c'est que dans un contexte où la demande mondiale en ressources alimentaires et agricoles continue de croître, des découvertes comme le gène Booster pourraient jouer un rôle clé. Elles offrent des solutions prometteuses pour répondre aux besoins des consommateurs tout en optimisant l'utilisation des ressources. Ces avancées pourraient s'avérer cruciales pour relever les défis du changement climatique et garantir un avenir durable pour l'humanité.
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