Comment les scientifiques apprennent à aider les tomates à résister à la chaleur

Comment les scientifiques apprennent à aider les tomates à résister à la chaleur

AGDAILY Reporters*

Image : Deyan Georgiev, Shutterstock

Les bouchées d'AGDAILY

• Les biologistes ont identifié la phase du cycle de croissance durant laquelle les tomates sont les plus vulnérables aux chaleurs extrêmes.

• La hausse des températures pourrait réduire le rendement des cultures de 16 % pour chaque degré Celsius de réchauffement saisonnier.

• La compréhension de la thermotolérance est une stratégie prometteuse pour l'adaptation au climat.

La discussion d'AGDAILY

En étudiant des variétés de tomates qui produisent des fruits pendant des saisons de végétation exceptionnellement chaudes, des biologistes de l'Université Brown ont identifié la phase du cycle de croissance pendant laquelle les tomates sont les plus vulnérables à la chaleur extrême, ainsi que les mécanismes moléculaires qui rendent les plantes plus tolérantes à la chaleur.

Cette découverte, décrite dans une étude parue dans Current Biology, pourrait constituer une stratégie clé pour protéger l'approvisionnement alimentaire face à l'instabilité climatique, ont déclaré les chercheurs. La productivité agricole est particulièrement vulnérable au changement climatique, note l'étude, et on prévoit que la hausse des températures réduira le rendement des cultures de 2,5 % à 16 % pour chaque degré Celsius supplémentaire de réchauffement saisonnier.

Les scientifiques ont tiré des leçons de l'évolution pour expérimenter la meilleure façon d'accélérer le processus d'adaptation des variétés de tomates, a expliqué l'auteur de l'étude, Sorel V. Yimga Ouonkap, chercheur associé en biologie moléculaire, biologie cellulaire et biochimie à l'Université Brown. Il faudrait attendre longtemps pour que l'évolution élimine les variétés de tomates vulnérables comme Heinz au profit de celles qui peuvent supporter des chaleurs extrêmes, un processus qui pourrait également mettre en péril les qualités qui rendent les cultures vulnérables commercialement désirables.

« Nous essayons de comprendre la thermorégulation au niveau moléculaire et cellulaire, et d'identifier ce que nous devons améliorer et où nous devons le faire afin de pouvoir cibler les cultivars de plantes commerciales et de conserver tout ce qui les caractérise, à l'exception de cet aspect qui les rend vulnérables aux chaleurs extrêmes », a déclaré M. Ouonkap. « Avec le temps, on peut commencer à accumuler différents mécanismes de résistance au fur et à mesure que les conditions de culture changent. »

Selon M. Mark Johnson, auteur de l'étude et professeur de biologie à l'Université Brown, comprendre la thermotolérance, c'est-à-dire la capacité d'une plante à résister à des températures extrêmes, est une stratégie prometteuse pour aborder l'adaptation au climat.

« Imaginez que vous puissiez rendre une tomate Heinz plus résistante au stress thermique sans affecter le profil de saveur ou la façon dont les gens perçoivent la tomate », a déclaré M. Johnson. « Ce serait un grand avantage. »

La reproduction des plantes : un domaine mûr pour la recherche

La phase de reproduction des plantes fait l'objet de recherches dans le laboratoire de M. Johnson depuis de nombreuses années. Si la littérature scientifique comprend des études sur la manière dont le stress thermique affecte la croissance des plantes en général ou le développement de structures reproductives clés, il n'y avait pas de travaux portant spécifiquement sur ce qui se passe après l'atterrissage du pollen sur le stigmate pendant la reproduction des plantes, a déclaré M. Johnson.

Pour son projet de thèse, M. Ouonkap s'est concentré sur la phase de croissance du tube pollinique du cycle de reproduction des plantes. Il a étudié différents cultivars de tomates connus pour leur capacité à produire des fruits pendant des saisons de végétation exceptionnellement chaudes. Les variétés de tomates étudiées étaient originaires des Philippines, de Russie et du Mexique et ont toutes été cultivées au Plant Environment Center de l'Université Brown.

En collaboration avec des scientifiques de l'Université de l'Arizona, M. Ouonkap a étudié comment le stress thermique affecte la capacité du pollen à se développer dans la fleur du plant de tomate. Il s'est concentré sur la manière dont l'expression des gènes change lorsque le pollen de tomate produit par des plantes poussant dans des conditions optimales sous serre est exposé à des températures élevées lorsqu'il est cultivé dans une boîte de Petri.

Les partenaires de l'équipe de l'Université de l'Arizona ont constaté que l'exposition à des températures élevées uniquement pendant la phase de croissance du tube pollinique limite la production de fruits et de graines de manière plus significative chez les cultivars de tomates sensibles à la chaleur que chez ceux qui la tolèrent. Fait important, M. Ouonkap a constaté que les tubes polliniques de la variété de tomate Tamaulipas, connue pour sa tolérance à la chaleur, ont une croissance accrue à haute température. Son analyse moléculaire du tube pollinique de ces tomates a permis à l'équipe de recherche d'identifier les mécanismes associés à la thermotolérance.

Les tomates sont un organisme idéal pour ce type de recherche, ont déclaré les chercheurs. La capacité des différentes variétés à s'adapter à une variété de climats extrêmes permet aux scientifiques de comprendre comment les espèces varient dans leurs réponses aux conditions environnementales. Les tomates sont également une culture commerciale importante dans tous les pays du monde, de la Méditerranée à l'Égypte en passant par la Turquie et la Californie, dont certains sont parmi les plus vulnérables aux conditions de chaleur extrême.

Les bons mécanismes moléculaires ayant été identifiés, l'étape suivante consistera à déterminer des techniques spécifiques pour permettre la culture des tomates dans différents climats. Dans un scénario hypothétique, les scientifiques pourraient mettre au point une petite molécule capable de préparer le pollen des plantes à résister à une vague de chaleur, a expliqué M. Johnson.

« Lorsque les prévisions météorologiques annoncent deux semaines de températures élevées pendant la phase de croissance du tube pollinique, l'agriculteur appliquerait aux plantes un produit qui modifierait l'expression des gènes de manière à ce que le pollen résiste à la chaleur », a-t-il expliqué.

Bien que ce type de manipulation soit encore loin dans le futur, les chercheurs affirment que ce domaine de recherche est mûr pour l'exploration.

_______________

* Source : How scientists are learning to help tomatoes beat the heat | AGDAILY