Face aux conditions météorologiques extrêmes, les scientifiques cherchent à adapter les cultures

Face aux conditions météorologiques extrêmes, les scientifiques cherchent à adapter les cultures

Lourdes Medrano, Undark Magazine, dans AGDAILY*

Image : VOJTa Herout, Shutterstock

Les espèces sauvages de céréales, de fruits et de légumes négligés détiennent-elles la clé du développement d'une agriculture plus résiliente ?

Ma note : C'est un article très intéressant, mais qui pêche un peu par une absence de maîtrise du vocabulaire de la nomenclature botanique, outre la propension au catastrophisme climatique. J'ai fait au mieux. Notez aussi les réticences du personnage principal à l'égard des techniques modernes d'amélioration des plantes...

Décidément, les idéologies sont une plaie quand elles polluent l'activité scientifique, ici support impératif d'un nécessaire développement technologique.

Fin septembre, une équipe internationale de chercheurs s'est déployée dans une chaîne de montagnes isolée du Nouveau-Mexique, à la recherche d'une plante insaisissable. Le groupe a parcouru le paysage accidenté à la recherche de signes de lianes délicates s'accrochant à un arbre ou s'attardant sur les berges d'un ruisseau asséché.

Après sept jours dans le maquis désertique, les scientifiques sont repartis avec un échantillon de la générosité de la nature : des plants de haricots téparis [Phaseolus acutifolius] sauvages.

Ils souhaitaient recueillir cette légumineuse, originaire des régions arides du sud-ouest des États-Unis et du nord-ouest du Mexique, pour sa robustesse : « Ils ont évolué dans ce climat très chaud et sec, et présentent donc une tolérance exceptionnelle à la sécheresse et à la chaleur, ainsi qu'une tolérance potentielle à certaines conditions extrêmes du sol », explique Mme Sarah Dohle, conservatrice des haricots au Département Américain de l'Agriculture, qui a participé à l'effort de collecte au Nouveau-Mexique.

Ces qualités pourraient s'avérer bénéfiques sur une planète qui se réchauffe, car les scientifiques cherchent à sélectionner des haricots, des poivrons, des pommes de terre et autres céréales, fruits et légumes capables de résister aux conditions difficiles d'un climat changeant.

Ces effets font déjà des ravages dans l'agriculture du monde entier. Dans l'ouest des États-Unis, une grave sécheresse a réduit à néant la production de tomates et de riz de la Californie. Au Guatemala, les effets combinés de la sécheresse et de la pluie ont dévasté les récoltes de maïs et de haricots noirs, deux denrées alimentaires de base. En Afrique subsaharienne, les conditions brûlantes ont réduit les rendements du blé et du maïs de plus d'un tiers depuis le début des années 1960.

[Ma note : C'est faux dans les deux cas, selon les statistiques de la FAO pour l'Afrique de l'Ouest. L'analyse est difficile pour le blé, sensible aux conditions climatiques, mais les rendements de ces dernières années sont similaires à ceux des années 60 ; il y a eu des périodes nettement meilleures et des années désatreuses. Les rendements du maïs ont beaucoup augmenté, plus que doublé.]

Les modèles climatiques et agricoles prévoient une aggravation de la situation. La production de maïs, l'une des principales cultures qui nourrit des milliards de personnes dans le monde, pourrait diminuer de 24 % dès 2030, selon une étude réalisée en 2021 par la NASA. Alors que d'autres aliments de base, comme le blé, pourraient voir leur production augmenter, les chercheurs affirment qu'il est important de diversifier l'agriculture afin de favoriser la résilience et la durabilité des systèmes alimentaires. En 2014, neuf cultures seulement représentaient les deux tiers de la production mondiale, sur plus de 6.000 espèces végétales cultivées et plus de 50.000 plantes comestibles présentes sur la planète.

Selon M. Richard Pratt, phytologue et professeur à l'Université d'État du Nouveau-Mexique, les cultures [ma note : espèces cultivées] sous-utilisées et résistantes comme le haricot tépari pourraient contribuer à la diversification de la production alimentaire. En outre, leur matériel génétique pourrait contribuer à rendre d'autres cultures plus tolérantes à la sécheresse et à la chaleur. M. Richard Pratt a participé à l'expédition de septembre, avec des collègues de l'USDA et du Centre International d'Agriculture Tropicale (CIAT), basé en Colombie. Ils font partie d'un nombre croissant de chercheurs, de sélectionneurs de plantes et d'autres scientifiques qui travaillent à la fois à la préservation des cultures sauvages [sic] oubliées – en les gardant en sécurité pour les générations futures – et à la sélection de plantes plus résistantes dans le cadre de la course à l'adaptation au changement climatique.

À gauche : Mme Sarah Dolhe, conservatrice des haricots à l'USDA, recherche des plants de haricots tépariss sauvages dans les montagnes du Nouveau-Mexique. À droite : Gousses de haricots téparis après leur éclatement sur une tige sèche, trouvées dans les Organ Mountains. (Images : Richard Pratt)

A savoir : L'Université de Californie, à Davis, dirige un projet multiétatique de 15 millions de dollars auquel participent 20 institutions et qui vise à accélérer les cycles de sélection du blé et à rechercher des moyens d'aider la culture à prospérer dans un environnement plus difficile. À l'Université d'Auburn, en Alabama, des scientifiques travaillent à la sélection d'une variété d'arachide capable de mieux tolérer les conditions de sécheresse. Dans certaines régions d'Asie et d'Afrique, des agriculteurs cultivent déjà un « super riz vert » très tolérant au stress, mis au point par l'Institut International de Recherche sur le Riz aux Philippines. Enfin, des scientifiques de diverses institutions ont pris part à une initiative tentaculaire, financée par le gouvernement norvégien, visant à identifier, collecter et évaluer les cultures sauvages en vue de leur développement futur [ma note : Il s'agit sans doute d'espèces potentiellement cultivables].

Il n'en reste pas moins que de nombreux défis se posent : l'amélioration des plantes est un processus qui prend beaucoup de temps, et il peut donc être difficile pour les chercheurs de suivre le rythme de l'évolution rapide des conditions météorologiques. Les progrès du séquençage génétique et de l'édition de gènes peuvent contribuer à accélérer le processus, mais ils s'accompagnent de leurs propres essais. Certains chercheurs ont mis en garde contre la technologie d'édition de gènes Crispr, par exemple, qui peut entraîner des modifications involontaires de l'ADN et la contamination génétique de plantes sauvages apparentées. Entre-temps, les consommateurs veulent toujours des aliments savoureux. Et les agriculteurs veulent des cultures faciles à cultiver.

Alors que les conditions météorologiques hostiles s'intensifient, l'amélioration des plantes axée sur les cultures adaptées au climat a pris un caractère d'urgence. « Si le changement climatique mondial continue d'être difficile pour nous, nous devons avoir des cultures résistantes », a déclaré M. Pratt.

L'homme a une longue histoire de domestication et de croisement de plantes sauvages pour produire de nouvelles générations plus savoureuses et plus productives. « Qu'il s'agisse de pommes, de poires, de raisins ou de bananes que vous mangez au supermarché, ces plantes ont été domestiquées par l'homme à un moment donné quelque part dans le monde », explique l'écologiste Jesús García, chercheur associé au Musée du Désert de l'Arizona-Sonora à Tucson, en Arizona.

Par exemple, il y a environ 9.000 ans, les premiers agriculteurs indigènes de l'actuel Mexique ont transformé la téosinte sauvage, une sorte d'herbe, en maïs à tige unique et épi bien dodu que l'on trouve aujourd'hui dans le monde entier.

Avec l'évolution de la génétique, les phytotechniciens ont pu mieux sélectionner les caractéristiques les plus souhaitables d'une plante, comme le goût, la couleur et la taille, et mettre au point des variétés améliorées pour la culture. Mais la capture de ces caractéristiques limitées peut entraîner une diminution de la diversité génétique, ce qui peut rendre les plantes plus sensibles aux maladies, aux parasites et aux effets de l'environnement. Par exemple, la famine irlandaise était en partie due au fait que les agriculteurs multipliaient leurs plants de manière à ce que chaque pomme de terre soit un clone d'elle-même [ma note : la multiplication végétative produit un ensemble de plantes dénommé « clone »]. Lorsqu'un champignon a commencé à infecter ce légume-racine [tubercule] dans les années 1840, une grande partie de la récolte a pourri et environ un million de personnes sont mortes de faim.

« Si le changement climatique mondial continue d'être difficile pour nous, nous devons avoir des cultures résistantes »

Pour éviter une catastrophe agricole similaire, des scientifiques comme M. Pratt se tournent vers les variétés sauvages, car elles pourraient offrir des caractéristiques génétiques précieuses qui auraient pu être négligées au cours des décennies passées. « Il y a probablement encore beaucoup de diversité génétique dans les populations de téparis sauvages qui n'est pas présente dans les téparis cultivés », a déclaré M. Pratt. En croisant le spécimen sauvage avec un haricot noir ou un haricot pinto, par exemple, les scientifiques pourraient être en mesure de créer une nouvelle variété capable de mieux supporter les conditions environnementales difficiles dans lesquelles son parent a prospéré. [Ma note : Pour les possibilités de croisements, voir par exemple ici.]

La première étape consiste toutefois à trouver des espèces capables d'offrir ces caractéristiques génétiques plus robustes à l'état sauvage.

À l'instar de M. Pratt et de son équipe du Nouveau-Mexique qui ont recherché le haricot tépari sauvage, d'autres phytologues s'efforcent de collecter et de préserver les proches cousins sauvages des plantes cultivées qui peuvent aider à développer des variétés adaptées au climat et à assurer la sécurité alimentaire d'une population mondiale en plein essor.

« Les espèces sauvages apparentées aux plantes cultivées tolèrent des conditions plus extrêmes », explique Mme Perin McNelis, responsable du programme des plantes indigènes au sein du Borderlands Restoration Network, une organisation de conservation à but non lucratif située dans le sud de l'Arizona. « Elles n'ont pas de sols riches en nutriments ni d'arrosage quotidien, elles sont donc plus résistantes. »

La première étape consiste à trouver des cultures [plantes] capables d'offrir ces caractéristiques génétiques plus robustes à l'état sauvage.

Il y a quelques années, l'équipe de Mme McNelis a entrepris, avec le personnel de l'USDA, de collecter le piment tepin [Capsicum annuum var. glabriusculum] sauvage qui pousse à profusion sous l'ombre protectrice des mesquites et des arbres à bois de fer dans une vaste zone protégée au sein des canyons montagneux des zones frontalières. Des scientifiques de tous horizons viennent étudier le minuscule piment tepin rouge et rond, considéré comme le père de tous les piments. Ce piment pousse également à l'état sauvage dans certaines régions du Texas, du Nouveau-Mexique et du Mexique.

Selon Mme McNelis, la collecte de spécimens de piment tepin sauvage, qui ont été envoyés aux laboratoires de l'USDA, contribuera à la recherche future et à la sauvegarde du matériel génétique susceptible d'être utilisé pour améliorer les cultures.

Une collecte plus massive de variétés de plantes cultivées [Ma note : il doit s'agir de plantes sauvages apparentées à des plantes cultivées, selon ce qui est dit dans la suite du texte] a impliqué plus de 100 scientifiques de 25 pays travaillant avec le Crop Trust, une organisation internationale à but non lucratif basée en Allemagne. L'initiative, appelée Crop Wild Relatives Project, a été financée par le gouvernement norvégien et est cogérée par les Royal Botanic Gardens, Kew.

En 2018, les scientifiques ont achevé six années de recherche de plantes sauvages dans les coins les plus reculés du monde. Dans le rapport qu'elle a publié l'année suivante, l'organisation a indiqué qu'elle avait obtenu plus de 4.600 échantillons de graines de 371 espèces sauvages apparentées à des plantes cultivées, afin de les distribuer aux banques de gènes mondiales, qui collectent et stockent les graines, dans l'idée que les scientifiques et les sélectionneurs puissent ensuite utiliser ces graines pour poursuivre la recherche et le développement. Certaines des variétés trouvées n'étaient pas du tout représentées dans les banques de gènes.

Dans certains cas, les collecteurs ont appris que des plantes sauvages apparentées avaient disparu de leur habitat historique. D'autres sont revenus avec des spécimens jamais collectés auparavant, notamment un minuscule parent sauvage du haricot commun poussant près d'une plage du Costa Rica. Les scientifiques ont déjà trouvé des caractéristiques utiles dans les échantillons de graines, notamment des combinaisons variées de tolérance à la sécheresse, à la chaleur et à la salinité dans des cultures telles que la carotte, le sorgho et la luzerne.

« Les espèces sauvages apparentées aux cultures ont été soit ignorées, soit oubliées, soit considérées comme une menace pour l'agriculture », a déclaré M. Luis Salazar, responsable de la communication pour le Crop Trust. « Mais elles ont été si résistantes qu'elles ont pu trouver un moyen de survivre par leurs propres moyens. » [Ma note : C'est largement faux... depuis Vavilov.]

Selon M. Salazar, ces caractéristiques de résistance « sont ce dont nous avons besoin aujourd'hui et ce dont nous aurons de plus en plus besoin à l'avenir. »

Les espèces sauvages apparentées aux plantes cultivées ont beau être robustes, elles ne sont généralement pas adaptées à la culture, car elles ne présentent pas les caractéristiques recherchées par les agriculteurs, telles qu'un bon goût et une croissance rapide. La question est donc de savoir comment développer de nouvelles espèces qui conservent les caractéristiques souhaitables des races cultivées, mais qui sont capables de survivre à des conditions difficiles. [Ma note : la question est de savoir comment valoriser ces caractéristiques dans des variétés cultivées, quelle que soit la nature génétique de ces variétés – espèce déjà cultivée, espèce d'origine améliorée, ou nouvelle espèce créée par l'homme. Cela s'applique aussi à la phrase suivante, où le mot « espèce » est aussi mal choisi.]

La culture de nouvelles espèces végétales peut prendre plusieurs formes, mais M. Pratt préfère les méthodes de sélection conventionnelles : au Nouveau-Mexique, il a cultivé différentes variétés [ma note : des plantes qui ne correspondent pas nécessairement à la notion usuelle de « variété » cultivée] de tépari, une plante grimpante à gousses, sur une parcelle du campus et sur d'autres sites pour voir si elles s'adaptaient bien au sol semi-aride. Il sélectionne les plantes présentant les caractéristiques qu'il recherche, comme la résistance à la sécheresse et un rendement élevé, qui peuvent ensuite être utilisées pour créer une descendance présentant les caractéristiques souhaitées.

Dans le cadre de ses recherches, M. Pratt a étudié la capacité des variétés cultivées de tépari à produire des rendements élevés à différentes altitudes et dans des conditions de sécheresse légère à modérée. Il a constaté que « les haricots téparis n'ont pas besoin d'autant d'eau que les haricots ordinaires pour produire un rendement comparable ».

Avec la chasse aux téparis sauvages, M. Pratt et ses collègues espèrent augmenter la représentation de ce haricot résistant dans les collections de graines, de plantes et de cultures de tissus que les banques de gènes conservent dans le monde entier et qu'elles partagent avec les agriculteurs pour nourrir le monde [ma note : encore une vision erronée de la réalité ; ce qui est conservé dans des banques de gènes est rarement distribué aux agriculteurs, mais aux chercheurs et sélectionneurs]. Mais, selon M. Pratt, il y a encore beaucoup de discussions sur la meilleure façon d'intégrer ce matériel génétique bénéfique dans les haricots communs qui succombent à la chaleur ou qui peuvent potentiellement améliorer la rusticité des haricots téparis cultivés.

À gauche : haricots téparis cultivés par le phytologue Richard Pratt dans le cadre d'un essai de résistance à la sécheresse près du campus de l'Université d'État du Nouveau-Mexique en 2016. À droite : des téparis sauvages inclus dans l'essai de stress de sécheresse de 2016 à des fins de comparaison. Ici, la plante sauvage oriente ses feuilles pour éviter l'impact direct du soleil. (Images : Richard Pratt)

L'amélioration des plantes conventionnelle n'est pas sans limites. Il faut souvent de nombreuses années pour obtenir les résultats souhaités, et il peut être difficile de sélectionner des caractéristiques génétiques spécifiques sans introduire des caractéristiques indésirables.

Les progrès des technologies génétiques ont permis d'accélérer l'amélioration des plantes. Les gènes d'une plante sont comme un plan, qui décrit son apparence et ses caractéristiques. Les généticiens des plantes peuvent identifier des gènes spécifiques intéressants dans ces plans plus rapidement que par le passé, en grande partie grâce au séquençage de l'ADN de plus en plus performant, qui lit essentiellement le matériel génétique des plantes pour identifier les gènes et les caractéristiques qu'ils contrôlent.

Des scientifiques de l'Université McGill de Montréal, par exemple, ont séquencé l'ADN de près de 300 types de pommes de terre, y compris des variétés [types] sauvages, pour créer un « super pangénome », c'est-à-dire l'ensemble des gènes d'une espèce [d'un ensemble d'espèces apparentées]. Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé des banques de gènes, telles que celles que le projet Wild Crop Relatives a contribué à alimenter. Le séquençage de l'ADN est en quelque sorte une feuille de route qui facilite la sélection des caractères qui rendent les pommes de terre plus résistantes à des maladies et aux contraintes environnementales, explique Mme Shelley Jansky, chercheuse généticienne à la longue carrière au sein de l'USDA.

« Ce pangénome nous offre un outil très puissant pour manipuler la génétique de la pomme de terre et créer des plants de pomme de terre qui sont meilleurs que ceux que nous avons », a déclaré Mme Jansky, qui a récemment pris sa retraite et n'a pas participé à la recherche, mais qui est spécialisée dans la génétique de la pomme de terre.

En lisant et en identifiant l'information génétique contenue dans les cellules des plantes, il est possible de réduire le temps nécessaire au développement d'une nouvelle variété de plante cultivée, qui peut aller jusqu'à deux décennies, à quelques années seulement. Les sélectionneurs de plantes peuvent toujours utiliser des méthodes conventionnelles, telles que celles utilisées par M. Pratt avec ses haricots téparis, pour cultiver les plantes [créer de nouvelles variétés], mais en utilisant le séquençage de l'ADN, ils réduisent considérablement le temps de culture [la durée du programme de sélection]. Par exemple, si un sélectionneur veut être sûr que le pommier qu'il fait pousser produira des pommes rouges, il peut scanner l'ADN d'un pépin pour déterminer la couleur des pommes que l'arbre produira, plutôt que d'attendre que l'arbre grandisse et mûrisse pour le savoir [ma note : À mon avis, ce n'est pas sur un pépin – résultat d'une fécondation croisée, lorsque l'arbre est déjà en production – qu'il le fera].

Certains scientifiques participant au projet « Crop Wild Relatives » ont également utilisé le séquençage de l'ADN pour isoler certaines caractéristiques des cultures [plantes] sauvages, telles que la tolérance au sel, et les incorporer dans une nouvelle lignée génétique, dans le cadre d'un processus appelé « pré-sélection ». À la mi-2021, les partenaires du projet auront incorporé du matériel génétique provenant de variétés sauvages afin de développer plus de 14.000 nouvelles lignées de 19 espèces cultivées. La plupart de ce matériel est stocké dans diverses banques de gènes à travers le monde, et beaucoup n'ont pas été cultivés, mais certains ont été partagés avec des agriculteurs pour voir comment ils réagissent dans les conditions locales.

« Nous les impliquons dans les évaluations pour comprendre ce qu'ils veulent, et cela entre en ligne de compte », a déclaré M. Salazar. « Les agriculteurs ne s'intéressent pas aux espèces sauvages apparentées en tant que telles. Ce qu'ils veulent, c'est une plante qui donnera de meilleurs résultats que ce qui existe actuellement ».

Ces cultures ne sont pas considérées comme issues du génie génétique, mais l'édition de gènes – en particulier Crispr – permet également d'introduire de nouvelles caractéristiques génétiques dans une plante beaucoup plus rapidement qu'auparavant. Crispr permet plus ou moins aux scientifiques de modifier le schéma génétique d'une plante en coupant, copiant ou collant des gènes spécifiques.

« Les technologies d'amélioration des plantes évoluent, et c'est ce que nous voyons actuellement dans la sélection du soja avec les premières applications de l'édition de gènes par CRISPR », a écrit M. Daniel Debouck, l'un des scientifiques du CIAT qui a rejoint l'expédition du Nouveau-Mexique, dans un courriel adressé à Undark. Il semble raisonnable, selon lui, que d'autres haricots, tels que le tépari, puissent faire l'objet de cette technologie dans les années à venir.

Les cultures génétiquement modifiées sont toujours stigmatisées et font l'objet d'une réglementation plus stricte que leurs équivalents produits de manière conventionnelle. Toutefois, entre 2019 et 2020, le nombre de cultures génétiquement modifiées approuvées par le Département Américain de l'Agriculture est passé de 7 à 70. Entre-temps, il n'y a pas de consensus sur les cultures génétiquement modifiées dans le monde. Alors que certains pays et régions jugent la technologie sûre et acceptable pour la production alimentaire, d'autres sont plus prudents.

De retour dans la région montagneuse des Sky Islands, dans le sud-ouest du Nouveau-Mexique, qui passe d'un désert parsemé de mesquites à un terrain parsemé de chênes à travers quatre États et deux pays, M. Pratt et ses collègues ont soigneusement inspecté le paysage à la recherche de signes de la présence du haricot tépari.

Les scientifiques ont trouvé l'ancêtre sauvage du tépari cultivé là où il est connu pour pousser le mieux : entre 1.400 et 1.800 mètres d'altitude. Ils ont également recueilli trois autres espèces apparentées qui n'ont pas été cultivées. Bien qu'ils n'aient sauvé qu'un nombre relativement faible de graines, les scientifiques ont ramené des plantes, des échantillons de sol et de précieuses observations sur le terrain.

Les collecteurs avaient estimé que le début du mois d'octobre serait la période optimale pour la maturité des graines de tépari. Mais l'arrivée tardive des maigres pluies de mousson de cette année dans la région a retardé la croissance de la plante. « Elles sont encore immatures et les plantes qui ont poussé l'année dernière étaient complètement sèches et avaient déjà perdu leurs graines », a déclaré M. Pratt.

« Il se peut que, pendant quelques décennies, nous cultivions ce que nous pouvons cultiver et pas nécessairement ce que nous voulons cultiver. Et nous devons nous y préparer ».

Mme Dohle, qui travaille pour l'USDA, sèmera les graines de haricots téparis dans une serre de Pullman, dans l'État de Washington, et multipliera les graines pour les distribuer gratuitement aux chercheurs et aux sélectionneurs de plantes. « Cela prendra des mois », a-t-elle déclaré.

L'expédition d'automne a renforcé la conviction de M. Pratt quant à l'importance de collecter des plantes sauvages apparentées aux cultures qui risquent de disparaître sous l'effet des températures caniculaires et de l'empiètement des villes. Il est retourné plusieurs fois dans la nature au cours des derniers mois pour conserver les graines de plantes encore en cours de maturation.

Selon lui, une étape cruciale consiste à garantir la variation des ressources génétiques des plantes afin que les sélectionneurs et autres puissent y accéder pour répondre à différents besoins dans le cadre de leurs travaux d'amélioration des cultures pour une planète plus sèche et plus chaude.

« Il se peut que, pendant quelques décennies, nous cultivions ce que nous pouvons cultiver et pas nécessairement ce que nous voulons cultiver. », a déclaré M. Pratt. « Et nous devons nous y préparer »

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* Lourdes Medrano est une journaliste basée dans le sud de l'Arizona et une collaboratrice principale d'Undark. Ses reportages portent souvent sur des sujets concernant les deux côtés de la frontière entre les États-Unis et le Mexique, notamment sur les questions environnementales.

Cet article a été publié à l'origine sur Undark. Lire l'article original.

Source : In the face of extreme weather, scientists look to adapt crops | AGDAILY