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Agriculture, alimentation, santé publique... soyons rationnels

Les cultures pourraient être doublement menacées par les insectes et le réchauffement climatique

25 Avril 2021 , Rédigé par Seppi Publié dans #Article scientifique

Les cultures pourraient être doublement menacées par les insectes et le réchauffement climatique

 

Gregg Howe et Nathan Havko*

 

 

Image : puceron sur une feuille déjà entamée. Shutterstock/Vera Larina.

 

 

Depuis des millénaires, les insectes et les plantes dont ils se nourrissent sont engagés dans une bataille co-évolutive : manger ou ne pas être mangé. Jusqu'à récemment, les deux camps antagonistes ont maintenu une sorte de pat. Cependant, avec le changement climatique, des températures plus élevées pourraient faire pencher la balance en faveur des insectes et mettre en danger les cultures et les agriculteurs qui s'en occupent.

 

Notre équipe de recherche du Plant Resilience Institute de l'Université d'État du Michigan a observé ce qui s'est passé par temps plus chaud lorsque des chenilles du sphinx ont attaqué un plant de tomate. La tomate a perdu. Nous avons observé un arbitrage surprenant de la part de la plante pendant la vague de chaleur : elle s'est défendue contre les chenilles, mais cet effort l'a empêchée de faire face aux effets néfastes de la chaleur. La plante a donc surchauffé, ce qui a renforcé la position des chenilles.

 

Une étude menée par des chercheurs en 2018 a prédit que chaque degré de réchauffement climatique augmentera les pertes de récoltes dues aux insectes de 10 à 25 %, car les populations d'insectes et leur appétit bondissent lorsque les températures sont chaudes. D'autres variables liées au climat, notamment des sécheresses ou des inondations prolongées, sont susceptibles d'aggraver ces pertes.

 

Mais bien que les scientifiques aient identifié ces différents défis pour la production alimentaire, ils ne savent pas encore très bien comment la combinaison de la chaleur et des insectes affectera les systèmes de défense intégrés des plantes.

 

 

Comment les plantes combattent les insectes nuisibles

 

Contrairement aux animaux, les plantes ne peuvent pas fuir ou se cacher des prédateurs. Au lieu de cela, elles produisent un arsenal de produits chimiques toxiques qui repoussent les attaques des insectes et des autres phytophages.

 

La production de ces composés est coûteuse et retarde souvent la croissance des plantes. Les plantes ne déploient donc cet arsenal de défense chimique que lorsqu'elles sont endommagées par un insecte phytophage. Ce processus est déclenché par l'hormone de blessure des plantes, le jasmonate, qui contrôle étroitement la biosynthèse, la distribution et le stockage des composés de défense chimique qui repoussent les insectes.

 

Depuis plus de 20 ans, nous étudions comment le jasmonate protège les plantes des insectes herbivores. Ce n'est que récemment que nous avons commencé à réfléchir à l'influence de la hausse des températures mondiales sur ce mécanisme de défense commun des plantes.

 

 

La chaleur et la chenille affamée

 

Dans notre étude, nous avons soumis des plants de tomates à des chenilles du sphinx dans des conditions de température normales : des journées à 82 degrés F (environ 28 degrés C) et des nuits à 64 degrés F (environ 18 degrés C). Nous avons également simulé des vagues de chaleur, avec des températures atteignant 100 °F (38 °C) dans la journée et tombant à 82 °F (28 °C) la nuit pendant plusieurs jours.

 

Les plantes ont réagi aux températures plus élevées en intensifiant la production de jasmonate et, par conséquent, en augmentant la production de divers composés de défense. Malgré cela, les chenilles ont dévoré les plantes sans relâche sous la chaleur.

 

Parallèlement, une étude menée par notre équipe a révélé que des augmentations modérées de la température accéléraient le métabolisme des insectes, de sorte qu'ils mangeaient plus vite et causaient plus de dégâts aux plantes. Bien que les plants de tomates se soient battus avec leur réponse chimique, ils n'ont pas pu neutraliser le puissant stimulus alimentaire des insectes déclenché par la chaleur.

 

 

Insectes + chaleur = double problème

 

Les plantes utilisent deux stratégies pour se refroidir lorsque les températures sont trop élevées. Elles ouvrent leurs minuscules pores foliaires, appelés stomates, libérant de l'eau qui les rafraîchit, un peu comme la transpiration rafraîchit les humains. Les plantes combattent également le stress thermique en soulevant leurs feuilles loin du sol chaud, peut-être à la recherche d'une brise fraîche.

 

Nous avons découvert de manière inattendue dans nos travaux que les plants de tomates attaqués par les chenilles à une température plus élevée ne faisaient pas ces choses, et ne parvenaient donc pas à refroidir leurs feuilles.

 

Dans nos expériences de suivi, nous avons découvert que lorsque les chenilles mangeaient ses feuilles et que la plante activait l'hormone jasmonate, cela bloquait l'ouverture des minuscules stomates et empêchait également les feuilles de se soulever pour se refroidir. La plante ne pouvait pas déployer sa réponse de refroidissement, et en même temps la photosynthèse (fabrication de nourriture à partir de la lumière du soleil et du dioxyde de carbone) était réduite.

 

Ces circonstances ralentissent effectivement la croissance de la plante. Ainsi, bien que les plants de tomates puissent bien résister aux attaques d'insectes ou à une température élevée, si ces deux stress surviennent en même temps, c'est la double peine. Le résultat est une défoliation rapide par des chenilles affamées et une surchauffe des feuilles.

 

 

Étudier les plantes dans des environnements réels

 

La raison pour laquelle l'attaque des insectes empêche les plantes de se refroidir reste un mystère. Cependant, lorsque les plantes ferment leurs stomates pendant une attaque d'insectes, elles conservent l'eau en l'empêchant de s'évaporer des feuilles blessées. Nous pensons que cette réaction peut être bénéfique pour la plante lorsque l'eau se fait rare, ce qui est souvent le cas pendant les vagues de chaleur.

 

Nous prévoyons d'aborder cette question en étudiant des plantes cultivées dans les conditions difficiles des environnements naturels, plutôt que dans des conditions de laboratoire hautement contrôlées. Nous pensons que de telles études sont nécessaires pour développer des cultures capables de résister à la fois au stress de la chaleur et à celui des blessures.

 

 

Créer des plantes plus résistantes

 

De nombreux experts estiment que la productivité agricole doit doubler au cours des 30 prochaines années pour répondre à la demande d'une population en croissance rapide. Les trajectoires actuelles de rendement des principales cultures, combinées aux impacts incertains d'un environnement mondial en mutation, suggèrent que le monde sera loin de répondre à cette demande en utilisant les pratiques agricoles conventionnelles.

 

La Royal Society du Royaume-Uni et d'autres organisations scientifiques ont appelé à une Deuxième Révolution Verte qui permettra l'intensification durable de l'agriculture grâce au développement de cultures plus résistantes face à des conditions environnementales de plus en plus difficiles.

 

Les récentes avancées technologiques, de la génomique et de l'édition de gènes aux approches informatiques et à la science des données, offrent aux chercheurs des possibilités sans précédent de travailler à cet objectif. En parvenant à mieux comprendre les interactions complexes de la chaleur et des attaques d'insectes, nous espérons que nos recherches pourront inspirer de nouvelles stratégies pour accroître la résilience des plantes dans un monde en réchauffement.

 

_____________

 

M. Gregg Howe est professeur de biochimie et de biologie moléculaire à l'Université d'État du Michigan et M. Nathan Havko est chercheur postdoctoral en recherche végétale à l'Université d'État du Michigan.

 

Cet article a été initialement publié sur The Conversation.

 

Source : Crops could face double trouble from insects and a warming climate - Alliance for Science (cornell.edu)

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A
article intéressant, la réaction de la plante face au double problème et la demande de plantes plus adaptées au region à climat chaud est bien expliqué; mais pourquoi parler de "réchauffement climatique" au debut? l'étude est faite en serre, climat artificiel! ça prouve une fois de plus, qu'il faut à tout prix caser "réchauffement climatique" dans une étude pour obtenir des credits de recherche ;-)
d'autant ridicule, qu'on va vers une refroidissent par baisse d'activité du soleil d'ici 2060.
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