On résume souvent la photosynthèse à une équation : du dioxyde de carbone, de l'eau, de la lumière, et il en sort du sucre et de l'oxygène. L'équation est juste, mais elle masque l'essentiel. La photosynthèse n'est pas la fin du processus, c'est le point d'entrée d'un réseau métabolique d'une complexité considérable.

Capter, puis transformer

Dans les chloroplastes, les pigments chlorophylliens absorbent l'énergie lumineuse et la convertissent en énergie chimique sous forme d'ATP et de NADPH. Le cycle de Calvin utilise ensuite cette énergie pour fixer le carbone atmosphérique et produire des trioses phosphates, briques élémentaires à partir desquelles tout le reste sera bâti.

Toutes les plantes ne procèdent pas de la même façon. Les végétaux dits en C4, comme le maïs, et les plantes à métabolisme acide crassulacéen, comme les cactus, ont développé des variantes qui limitent les pertes d'eau sous climat chaud. Ces adaptations ont des conséquences directes sur la chimie que ces plantes produisent.

Les carrefours du métabolisme

À partir des sucres formés, quelques voies centrales alimentent l'ensemble de la production végétale. Trois d'entre elles concentrent l'attention des chercheurs.

  • La voie du shikimate conduit aux acides aminés aromatiques, eux-mêmes précurseurs de la lignine, des flavonoïdes et de nombreux alcaloïdes. Elle n'existe pas chez les animaux, ce qui en fait une cible d'intérêt en agronomie.
  • La voie du mévalonate et sa contrepartie plastidiale conduisent aux terpènes, la famille la plus nombreuse des composés végétaux.
  • La voie des polyacétates produit une grande diversité de composés phénoliques par condensations successives.

Un même précurseur peut ainsi déboucher sur des centaines de structures différentes selon les enzymes présentes dans la cellule. C'est ce qu'on appelle la plasticité métabolique, et c'est ce qui explique qu'une espèce puisse fabriquer une molécule que sa voisine du même genre ne produit pas.

Un métabolisme qui répond à l'environnement

Le profil chimique d'une plante n'est pas figé. Une sécheresse, une attaque d'insecte, une exposition prolongée aux ultraviolets modifient l'expression des gènes de biosynthèse en quelques heures. On observe des variations de concentration d'un facteur dix pour certains composés entre un pied stressé et un pied cultivé en conditions optimales.

Cette réactivité complique le travail expérimental. Comparer deux échantillons suppose de contrôler l'origine, la date et les conditions de récolte, faute de quoi on mesure surtout du bruit. Les protocoles de collecte appliqués au centre décrivent systématiquement ces paramètres.

Ce que la culture in vitro change

Cultiver des cellules végétales en milieu contrôlé permet de s'affranchir d'une partie de cette variabilité et d'étudier une voie de biosynthèse en isolant ses paramètres. La technique a ses limites — certaines molécules ne s'expriment que dans la plante entière, parfois uniquement dans un organe précis — mais elle offre un terrain d'expérimentation reproductible que le terrain ne fournit jamais.

C'est aussi, pour les composés présents à l'état de traces, la seule façon d'obtenir la quantité de matière nécessaire à une caractérisation complète sans épuiser une population naturelle.