février 3, 2023

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Des chercheurs de l’Université d’État du Michigan ont révélé

Université d'État du Michigan Berkeley Walker Professeur adjoint

Photo: Professeur adjoint Berkeley Walker de l’Université d’État du Michigan
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Crédit : Jörg Müller

Des photos

Points forts:

  • Dans un nouvel article publié dans la revue Plantes naturellesLes chercheurs de MSU expliquent qu’une augmentation du carbone atmosphérique peut affecter la façon dont les plantes produisent des protéines et d’autres nutriments.
  • Des niveaux élevés de dioxyde de carbone, qui contribuent à créer le réchauffement climatique, se sont avérés affecter la façon dont les plantes métabolisent le carbone, y compris le processus connu pour fabriquer des acides aminés, les éléments constitutifs des protéines.
  • Bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour comprendre pleinement l’effet final sur la teneur en protéines végétales, les chercheurs ont présenté une nouvelle façon d’explorer le métabolisme des plantes dans un environnement changeant.

EAST LANSING, Michigan – Une nouvelle étude menée par des chercheurs de la Michigan State University confirme que nous avons encore beaucoup à apprendre sur le fonctionnement des plantes – et leur valeur nutritive – à mesure que davantage de carbone pénètre dans l’atmosphère.

Le même flux de carbone contribue au changement climatique, et cela signifie que ce nouveau travail publié dans la revue Plantes naturellesEt le Cela peut révéler une manière inattendue dont ce phénomène mondial remodèle la nature et nos vies.

« Ce que nous constatons, c’est qu’il existe un lien entre le changement climatique et la nutrition », a-t-il déclaré. Marcheur de BerkeleyIl est professeur adjoint à Département de biologie végétale Son équipe de recherche est l’auteur du nouveau rapport. « C’est quelque chose que nous ne savions pas que nous allions examiner lorsque nous avons commencé. »

Bien que des niveaux élevés de dioxyde de carbone peuvent être bénéfiques pour la photosynthèse, Walker W son labo ont également montré que l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone pouvait manipuler d’autres processus métaboliques chez les plantes. Ces processus moins connus pourraient également avoir des implications pour d’autres fonctions, telles que la production de protéines.

« Les plantes aiment le dioxyde de carbone. a déclaré Walker, qui travaille à Collège des sciences naturelles et MSU – Département de l’énergie Laboratoire de recherche sur les plantes. « Mais que se passe-t-il si vous obtenez une plante plus grosse avec moins de protéines ? Elle sera en fait moins nutritive. »

Walker a déclaré qu’il est trop tôt pour dire avec certitude si les plantes seront confrontées à un avenir pauvre en protéines. Mais la nouvelle recherche soulève des questions surprenantes sur la façon dont les plantes synthétisent et métabolisent les acides aminés – les éléments constitutifs des protéines – avec plus de dioxyde de carbone autour.

Le premier auteur du rapport et chercheur postdoctoral, Xinyu Fu, a déclaré que plus nous travaillerons dur pour répondre à ces questions maintenant, mieux nous serons préparés pour faire face à l’avenir.

« Plus nous en savons sur la façon dont les plantes utilisent différentes voies métaboliques dans des environnements fluctuants, mieux nous pouvons trouver des moyens de manipuler le flux métabolique et, finalement, de concevoir des plantes pour qu’elles soient plus efficaces et nutritives », a déclaré Fu.

Si les plantes ne réussissent pas au début, alors il y a photorespiration

Les bases de la photosynthèse sont notoirement simples : les plantes absorbent l’eau et le dioxyde de carbone de leur environnement et, grâce à la force de la lumière du soleil, convertissent ces ingrédients en sucre et en oxygène.

Mais parfois, ce processus commence à mal tourner. L’enzyme responsable de la collecte du dioxyde de carbone peut à la place s’accrocher aux molécules d’oxygène.

Cela produit un sous-produit, a déclaré Walker, qui, s’il n’est pas contrôlé, étoufferait essentiellement la plante. Mais heureusement, les plantes ont développé un processus appelé photorespiration qui élimine le sous-produit nocif et permet à l’enzyme d’effectuer une autre oscillation dans le processus de photosynthèse.

La photorespiration n’est pas aussi populaire que la photosynthèse, et parfois elle a mauvaise réputation car elle aspire du carbone et de l’énergie qui pourraient être utilisés pour fabriquer de la nourriture. Inefficace Bien que cela puisse être le cas, la photorespiration est préférable à l’alternative.

« C’est une sorte de recyclage », a déclaré Walker. « Ce serait bien si nous n’en avions pas besoin, mais tant que nous produisons des déchets, autant les utiliser. »

Pour faire son travail, la photorespiration incorpore du carbone dans d’autres molécules ou métabolites, dont certains sont des acides aminés, précurseurs de protéines.

« Donc, la photorespiration n’est pas seulement un cycle ascendant, c’est probablement un cycle ascendant », a déclaré Walker.

Il y a une raison pour laquelle Walker a utilisé « peut être » au lieu de « est » dans sa déclaration. La photorespiration recèle encore quelques mystères, et le sort de ses métabolites en fait partie.

Espionnage métabolique

En ce qui concerne l’endroit où aboutissent les acides aminés produits par la photorespiration, une théorie bien établie est qu’ils sont restés dans une boucle fermée. Cela signifie que les métabolites fabriqués dans le processus sont limités à une sélection d’organites et de processus biochimiques.

Maintenant, les chercheurs de MSU ont montré que ce n’est pas toujours le cas. En particulier, ils ont montré que les acides aminés glycine et sérine sont capables d’échapper aux limites de cette boucle fermée.

Qu’adviendra-t-il éventuellement des véhicules est une question de longue date qui pourrait devenir de plus en plus importante à mesure que les niveaux de dioxyde de carbone augmentent.

Les plantes déclinent lorsque plus de dioxyde de carbone est disponible, a déclaré Walker, de sorte que les scientifiques devront étudier plus en profondeur comment les plantes produisent et utilisent ces acides aminés en général.

Pour l’instant, cependant, lui et son équipe sont ravis d’être parvenus à cette conclusion, ce qui n’était pas une mince affaire. Il s’agissait d’alimenter les plantes avec un type spécial de dioxyde de carbone dans lequel les atomes de carbone contiennent un neutron de plus que le carbone normalement présent dans l’atmosphère.

Le neutron est une particule subatomique et, en tant que telle, a une très petite masse. Si vous prenez un trombone, coupez-le en un billion de morceaux, puis coupez l’un de ces morceaux en un autre billion de morceaux, le plus petit morceau aura à peu près la même masse qu’un neutron.

Mais la collaboration MSU disposait des outils et de l’expertise nécessaires pour mesurer cette subtile différence de masse. Ces mesures, ainsi que la modélisation informatique, ont permis aux chercheurs de suivre ce carbone légèrement gras et de voir comment les plantes l’intègrent à différents stades du métabolisme lorsque les conditions favorisent la photorespiration.

« Cette nouvelle technique a permis une meilleure compréhension quantitative des voies métaboliques importantes chez les plantes », a déclaré Fu. « Avec la nouvelle approche de flux, nous commençons à révéler l’état dynamique des voies métaboliques et à comprendre le métabolisme comme un système complet. »

« J’ai dit que mon laboratoire pouvait le faire sur ma candidature, mais je n’étais pas tout à fait sûr que cela fonctionnerait », a déclaré Walker, qui a rejoint MSU en 2018. , qui comprend également l’étudiant diplômé Luke Gregory et le professeur agrégé Shaun Wise.

Mais d’autres collègues de MSU ont également aidé, y compris l’éminent professeur de premier cycle Thomas SharkeyM Colline Yair Shahar Et l’équipe de Spectrométrie de masse et métabolomique de base.

« Venir à MSU a permis que cela se produise », a déclaré Walker.

Ce travail a été soutenu par le US Department of Energy, Office of Science, avec des contributions du MSU Institute for Possible Research Online, du Great Lakes Bioenergy Research Center et de la National Science Foundation.

Écrit par Matt Davenport

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