Carbon dioxide signalling in plant leaves

The role of carbon dioxide (CO2) as a signal in biochemical regulation networks of plants is fathomed. Transport mechanisms of CO2 and HCO3− are surveyed, which are the prerequisite for signalling. A CO2 sensor is not known to date, but any reaction where CO2/HCO3− is a substrate can be a candidate. Carbon concentrating mechanisms, e.g., in higher plants C4-photosynthesis and crassulacean acid metabolism (CAM), generate high internal CO2 concentrations, important for photosynthesis, but also as a basis for signalling via diffusion of CO2. Spatiotemporal dynamics of desynchronization/synchronization of photosynthetic activity over leaves can be followed by chlorophyll fluorescence imaging. One example of desynchronization is based on patchiness of stomatal opening/closing in heterobaric leaves due to anatomic constraints of lateral CO2 diffusion. During CAM, largely different internal CO2 concentrations prevail in the leaves, offering opportunities to study the effect of lateral diffusion of CO2 in synchronizing photosynthetic activity over the entire leaves. To cite this article: U. Lüttge, C. R. Biologies 330 (2007).

RésuméOn détermine le rôle que joue le dioxyde de carbone (CO2) dans le réseau des régulations biochimiques chez les plantes. On procède à l'étude des mécanismes de transport de CO2 et HCO3−, mécanismes qui sont à la base de la signalisation. On ne connaît actuellement aucun senseur de CO2, mais toute réaction admettant CO2/HCO3− comme substrat est un candidat potentiel. Chez les plantes supérieures, les mécanismes de concentration du carbone tels que la photosynthèse en C4 et le métabolisme acide des crassulacées (CAM) génèrent de fortes concentrations internes de CO2, lesquelles non seulement jouent un rôle important dans le processus de photosynthèse, mais interviennent également dans la signalisation par le biais de la diffusion de CO2. Par l'imagerie par fluorescence de la chlorophylle, on peut suivre la dynamique spatiotemporelle de désynchronisation/synchronisation de l'activité photosynthétique des feuilles. Un exemple de désynchronisation est fourni par la répartition en patches de l'ouverture/fermeture des stomates dans les feuilles hétérobares, en raison des contraintes anatomiques qui s'exercent sur la diffusion latérale du CO2. Dans le cas du CAM on peut trouver des concentrations très diverses de CO2 dans les feuilles, ce qui permet d'étudier les effets de la diffusion latérale de CO2 sur la synchronisation de l'activité photosynthétique dans la feuille entière. Pour citer cet article : U. Lüttge, C. R. Biologies 330 (2007).