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Agriculture, alimentation, santé publique... soyons rationnels

Les OGM et la frontière de la durabilité : aider les cultures à acquérir leur propre azote

5 Août 2016 , Rédigé par Seppi Publié dans #Agronomie, #amélioration des plantes

Les OGM et la frontière de la durabilité : aider les cultures à acquérir leur propre azote

 

David Warmflash*

 

 

 

Il constitue 78 pour cent de notre atmosphère, mais il entre et sort de nos poumons inchangé. C'est en partie parce que la triple liaison entre ses deux atomes est très difficile à briser, et c'est aussi pourquoi la plupart des plantes ne font rien avec lui.

 

L'azote moléculaire (N2) a emmagasiné une grande quantité d'énergie chimique dans cette triple liaison, mais la nature a des moyens de la briser. Dans un processus appelé fixation de l'azote, de l'énergie est consommée pour convertir le N2 atmosphérique en composés comme l'ammoniac (NH3), l'ion ammonium (NH₄⁺), et l'ion nitrate (NO3-) ; les plantes sont équipées pour les utiliser dans leur croissance et développement. Les forces physiques qui peuvent aussi le faire incluent le volcanisme et la foudre, mais certaines bactéries et certains archées peuvent également fixer l'azote en utilisant un enzyme, la nitrogénase, qui décompose N2 et ajoute de l'hydrogène pour produire de l'ammoniac. Dans un autre procédé, appelé nitrification, des bactéries du sol peuvent convertir l'ammoniac en nitrate, qui plaît aux plantes, bien que celles-ci puissent également utiliser l'ammonium, la forme ionique de l'ammoniac.

 

 

Mais malgré ces mécanismes, le nitrate n'est pas assez abondant dans la plupart des sols pour produire le genre de rendements agricoles nécessaires pour alimenter la population humaine – plus les animaux d'élevage que de nombreux humains préfèrent comme une source de protéines. Par conséquent, les agriculteurs doivent enrichir les sols avec des engrais azotés qui sont absorbés par les racines des plantes qui en ont besoin, mais finissent aussi dans des endroits où ils sont indésirables. En outre, leur production est coûteuse et consomme de l'énergie.

 

Cela soulève donc une question : peut-on utiliser, à la place, notre biotechnologie pour doter les plantes cultivées de la capacité de fixer leur azote ?

 

La réponse est oui ; des gens y travaillent dans l'optique d'obtenir des avantages potentiels, non seulement en termes de coûts, mais aussi de gestion de l'environnement. Mais, d'une manière quelque peu analogue à celle de la nouvelle génération de nucléaire, les partisans de la fixation de l'azote par la voie biotechnologique sont également chargés de gagner les faveurs du public dans un paysage politique et culturel qui est en proie à une méfiance intense envers toute la biotechnologie.

 

 

Questions liées au changement climatique

 

Les engrais peuvent être de synthèse ou, faute d'un meilleur terme, naturels, et l'utilisation de l'une ou l'autre de ces catégories d'engrais implique des compromis entre points positifs et négatifs. Les engrais de synthèse, par exemple, ont permis des rendements spectaculaires des cultures de base dans l'agriculture à grande échelle, mais la quantité d'énergie nécessaire pour les produire et les mettre dans le sol est stupéfiante. C'est environ deux pour cent de toute l'énergie que la civilisation humaine consomme, qui plus est avec une empreinte carbone élevée, car les machines pour les mettre dans le sol fonctionnent aux combustibles fossiles. Pour cette raison, la biotechnologie qui vise à conférer aux cultures de base comme les céréales la capacité de fixer l'azote, éliminant ainsi le besoin d'engrais, ouvre la voie vers un avenir vert et plus durable.

 

 

 

Deux stratégies de base

 

L'approche directe pour rendre les plantes auto-fertilisantes est une stratégie transgénique. On les dote du gène de la nitrogénase d'une bactérie. Mais ce n'est pas aussi simple que de flanquer un gène dans le génome de la plante ; la nitrogénase est un enzyme complexe dont l'activité est inhibée par l'oxygène, qui est abondant dans les cellules végétales et doit donc être éloigné de l'enzyme. Il y a des trucs qui peuvent être adaptés à partir du modèle des cyanobactéries et d'autres organismes qui produisent la nitrogénase dans des environnements riches en oxygène, mais les chercheurs doivent déterminer quelle est la meilleure astuce, et par conséquent décider où exactement mettre le gène – dans le génome nucléaire de la cellule, ou dans les chromosomes des mitochondries (organites de l'énergie) ou des chloroplastes (organites de la photosynthèse).

 

L'approche indirecte est de laisser la fixation d'azote aux micro-organismes, mais de faire en sorte que cela se produise à l'intérieur de la plante, et non dans le sol. Certaines plantes, en particulier les légumineuses (le soja, le pois, le haricot, la luzerne, le trèfle, l'arachide, la lentille, le caroubier...), fixent déjà l'azote, non pas dans leurs propres cellules, mais à travers une symbiose avec des bactéries fixatrices d'azote. Mais imaginez que cette capacité soit transférée aux céréales comme le blé... Le réaliser est un objectif majeur du John Inness Centre à Norwich, au Royaume-Uni, où les chercheurs utilisent l'approche indirecte, dans l'optique de produire un blé qui peut dépasser tous les autres blés, et sans engrais pour démarrer.

 

Les céréales ont en fait leurs propres bactéries symbiotiques qui vivent dans divers coins et recoins de la plante, de sorte que certains chercheurs travaillant sur le transfert du gène de la nitrogénase dans ces bactéries. Cependant, la stratégie du John Inness Centre est de faire que le blé attire des bactéries du sol qui disposent déjà de la capacité de fixer l'azote, le genre de bactéries qui vivent en symbiose dans les légumineuses. La tactique consiste à manipuler l'expression des gènes du blé pour qu'il puisse détecter la présence de la bactérie fixatrice d'azote et la capter dans des nodosités à l'intérieur dans les racines. Il est prévu que cela pourra aboutir dans quelques années à la fixation de l'azote dans le blé, ainsi que le maïs et le colza.

 

 

Avantages pour l'agriculture à petite et grande échelle

 

Les céréales fixatrices d'azote pourraient être extrêmement utiles pour les grandes exploitations agricoles, car elles les dispenseraient des énormes quantités d'engrais et de tout ce que cela implique, mais l'économie ainsi réalisée n'est pas le seul facteur.

 

« C'est en combinant l'excellence scientifique et la pertinence stratégique que nous pouvons relever les grands défis sociétaux et environnementaux qui nous attendent », a déclaré le professeur Dale Sanders, directeur du John Inness Centre.

 

L'empreinte carbone de ces cultures de base serait réduite de manière spectaculaire, en même temps que des problèmes environnementaux tels que ceux liés au lessivage des nitrates. Potentiellement, la technologie pourrait également aider les petits agriculteurs à affronter la concurrence, car ils pourraient également se dispenser des engrais coûteux, ainsi que des mesures de sécurité nécessaires pour les stocker et les utiliser. En ce qui concerne les fermes biologiques qui ne recourent déjà pas aux engrais de synthèse mais utilisent du fumier, du compost, ou d'autres méthodes, elles devraient aussi bénéficier de la fixation de l'azote par le blé. Le risque d'infection bactérienne par des coliformes associé à l'épandage de fumier n'est pas l'apanage des fermes biologiques, puisque le fumier est également utilisé dans l'agriculture conventionnelle. Mais le risque d'infection est néanmoins statistiquement plus élevé chez les agriculteurs bio, et il n'est pas exclu que certaines fermes biologiques envisagent de remplacer leurs céréales par des variétés dotées de la capacité de fixer l'azote. Cela est vrai, en particulier, pour les blés fixateurs d'azote développés grâce à des méthodes [nouvelles] de génie génétique, plutôt que par des approches transgéniques, car les agriculteurs pourraient garder leur certification biologique, même dans les régions qui, comme l'UE, connaissent de fortes restrictions sur les cultures GM. Pour sûr, la distinction entre transgénèse et [nouvelles] méthodes de génie génétique peut ne pas être rationnelle en termes de sécurité, mais elle peut affecter la façon dont un produit se développe en affectant l'environnement juridique et politique. Et comme la technologie progresse, elle pourrait finir par être un scénario gagnant-gagnant pour les parties ayant des perspectives différentes sur la politique en matière de biotechnologies.

 

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*  David Warmflash est un astrobiologiste, médecin et auteur scientifique. Suivez le sur @CosmicEvolution pour lire ce qu'il dit sur Twitter.

 

Source : https://www.geneticliteracyproject.org/2016/08/01/next-gmo-sustainability-frontier-helping-crops-acquire-nitrogen/

 

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