Comment l’élévation du CO2 atmosphérique menace la qualité nutritionnelle des plantes

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 atmosphérique 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’accroissement de la population et de la demande alimentaire. D’un autre côté, l’élévation des teneurs en CO₂ atmosphérique entraîne une diminution des concentrations en minéraux chez la majorité des plantes, celles dites à métabolisme C3, comprenant 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 accroître 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 montrent à présent que le CO₂ élevé a 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 utilisée 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 atmosphérique commencent 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 démontrent 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.

Pour en savoir plus :
The decline of plant mineral nutrition under rising CO₂: physiological and molecular aspects of a bad deal
Alain Gojon, Océane Cassan, Liên Bach, Laurence Lejay, and Antoine Martin
Trends in Plant Science, November 03, 2022 DOI:https://doi.org/10.1016/j.tplants.2022.09.002