Percer les secrets de l'utilisation de l'azote par les pommes de terre : une voie pour réduire la dépendance à l'égard des engrais

Percer les secrets de l'utilisation de l'azote par les pommes de terre : une voie pour réduire la dépendance à l'égard des engrais

Crag News*

Cette recherche ouvre la voie à des pratiques agricoles durables en améliorant l'efficacité de l'utilisation de l'azote dans la culture de la pomme de terre.

Des chercheurs ont identifié le facteur StCDF1 comme un régulateur clé de l'utilisation de l'azote dans les pommes de terre, influençant à la fois l'absorption des nitrates et le développement des tubercules.

L'inactivation du gène StCDF1 dans les cultivars modernes de pommes de terre permet d'augmenter la conversion des nitrates en nitrites, une étape essentielle de l'assimilation de l'azote.

Cette découverte ouvre la voie au développement de cultivars de pommes de terre à haut rendement et plus efficaces dans l'utilisation de l'azote.

Dans un monde où la sécurité alimentaire est de plus en plus menacée par le changement climatique et la croissance démographique, les chercheurs se tournent vers des solutions génétiques pour améliorer la résilience des cultures. Une étude récente menée par Mme Salomé Prat, chercheuse du CSIC au CRAG, a dévoilé des résultats révolutionnaires sur le rôle du gène StCDF1 dans l'efficacité de l'utilisation de l'azote chez la pomme de terre (Solanum tuberosum), un aliment de base pour des millions de personnes.

L'étude, publiée dans New Phytologist en collaboration avec le groupe de M. Christian Bachem de l'Université de Wageningen (WUR), élargit le rôle de StCDF1 au-delà de sa fonction connue jusqu'à présent de régulateur central de la tubérisation selon la longueur du jour. La formation de tubercules est une stratégie d'adaptation des plantes de pommes de terre pour survivre à l'hiver. Elle est déclenchée par des jours plus courts et des températures plus fraîches, perçus par la plante comme l'approche de l'hiver.

M. Maroof Ahmed Shaikh, premier auteur de l'étude, note que « l'intégration de ces signaux environnementaux encourage la formation de tubercules. Ces organes restent dormants dans le sol pendant l'hiver et se réveillent au printemps pour former une nouvelle plante. Nous remarquons souvent ce réveil à la maison lorsque des pommes de terre plus anciennes commencent à germer. »

Chez les pommes de terre sauvages, la formation des tubercules dépend strictement des jours courts. Cependant, les cultivars modernes sont porteurs de mutations dans un locus appelé earliness (précocité) qui leur permet d'échapper à ce contrôle strict. Cette adaptation a eu lieu après l'introduction de la pomme de terre en Europe, ce qui a donné naissance à des variétés à maturation précoce qui portent une ou plusieurs copies de ces allèles. Ces mutations naturelles renforcent la stabilité du facteur StCDF1, un acteur clé dans la voie de la longueur du jour qui module l'expression de SP6A, un membre de la famille FLOWERING LOCUS T et un signal principal de tubérisation.

Améliorer l'utilisation de l'azote grâce aux innovations génétiques

Les résultats révèlent que StCDF1 n'agit pas seulement comme un régulateur en amont de la voie de tubérisation, mais qu'il contrôle aussi directement l'expression de plusieurs gènes impliqués dans l'assimilation et le transport de l'azote. En combinant des études de liaison à l'ADN et d'expression génique, les chercheurs ont observé que StCDF1 se lie à la région promotrice de la nitrate réductase (StNR), une enzyme qui catalyse l'étape limitant le taux de réduction du nitrate dans la cellule. Étonnamment, les pommes de terre possèdent une seule copie du gène de la StNR, contrairement à la plupart des plantes qui en ont plusieurs copies, ce qui leur permet d'être plus efficaces dans l'utilisation du nitrate.

La recherche a utilisé des techniques avancées, notamment le DAP-seq (purification par affinité et séquençage de l'ADN), pour identifier les cibles directes de StCDF1. Cette méthode a révélé des pics de reconnaissance de l'ADN dans plusieurs gènes sensibles à l'azote.

Les lignées knock-down de StCDF1, qui réduisent les niveaux de transcription, ont montré une meilleure performance dans des conditions limitant l'azote en raison de la répression levée de StNR. Lorsque StCDF1 est réduit au silence, les plantes de pommes de terre peuvent exprimer davantage de StNR, ce qui permet une meilleure utilisation de l'azote. En outre, la découverte de polymorphismes dans la région régulatrice de la StNR indique que ces variations génétiques peuvent avoir évolué dans les premiers cultivars de pomme de terre comme un mécanisme compensatoire, aidant ces plantes à s'adapter aux effets négatifs de la stabilisation de la StCDF1, améliorant ainsi leurs capacités d'assimilation de l'azote.

Mme Salomé Prat a souligné l'importance de ces résultats en déclarant : « La nouveauté de notre recherche réside dans la découverte du double rôle de StCDF1 dans la régulation de la tubérisation et des voies d'assimilation de l'azote. Cette découverte révèle de nouvelles cibles génétiques et moléculaires pour améliorer l'utilisation de l'azote dans les pommes de terre ».

Implications pour l'agriculture durable

Les implications de cette recherche sont profondes et contribuent à l'objectif plus large de l'agriculture durable. L'étude fournit des cibles moléculaires qui peuvent être utilisées pour sélectionner des variétés de pommes de terre intelligentes sur le plan climatique, nécessitant moins d'apports en nitrates pour une production élevée de tubercules. Les sélectionneurs pourraient tirer parti de ces connaissances pour mettre au point des variétés de pommes de terre moins dépendantes des engrais chimiques.

En conclusion, cette étude n'enrichit pas seulement notre compréhension de la biologie de la pomme de terre, mais constitue également une lueur d'espoir pour l'agriculture durable, en démontrant le pouvoir de la science des plantes pour relever les défis mondiaux. En exploitant les progrès de la génétique, le secteur agricole peut évoluer vers des pratiques plus résistantes et plus respectueuses de l'environnement, garantissant ainsi la sécurité alimentaire des générations futures.

Article de référence

Maroof Ahmed Shaikh, Lorena Ramírez-Gonzales, José M. Franco-Zorrilla, Evyatar Steiner, Marian Oortwijn, Christian W.B. Bachem, Salomé Prat. « StCDF1: A “jack of all trades” clock output with a central role in regulating potato nitrate reduction activity » (StCDF1 : une sortie d'horloge “homme à tout faire” jouant un rôle central dans la régulation de l'activité de réduction des nitrates de la pomme de terre). New Phytologist, https://doi.org/10.1111/nph.20186

A propos des auteurs et du financement de l'étude

Ce travail a été soutenu par le projet ERA CAPS HotSol financé par le Conseil Néerlandais de la Recherche (projet NWO 849.13.001), le projet FlowerPot et l'aide financière ALW de la Division des Sciences de la Terre et de la Vie du NWO. Ce projet a reçu un financement du programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union Européenne dans le cadre de la convention de subvention n° 862858. M. Maroof Ahmed Shaikh a bénéficié d'un contrat pré-doctoral du projet ADAPT, convention de subvention n° 862858. Mme Lorena Ramírez-Gonzales a reçu une bourse de FONDECYT-CONCYTEC, Lima, Pérou (subvention n° 090-2016-FONDECYT). Les travaux du groupe de M. José M. Franco-Zorrilla ont été financés par la subvention PID2020-119451GB-I00 du ministère espagnol des Sciences et de l'Innovation.

À propos de New Phytologist

New Phytologist est une revue internationale de premier plan qui se concentre sur la recherche originale de haute qualité dans le large spectre des sciences végétales, depuis les processus intracellulaires jusqu'aux changements environnementaux globaux. La revue appartient à la New Phytologist Foundation, une organisation à but non lucratif qui se consacre à la promotion de la science des plantes.

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* Source : Unlocking the secrets of nitrogen use in potatoes: A path to reduce fertilizer dependence | CRAG | Centre for research in agricultural Genomics