Des modifications génétiques permettent d'obtenir des pommes de terre « prêtes pour le climat »
AGDAILY Reporters*
Image : Swapan Photography, Shutterstock
-
Le projet RIPE se concentre sur l'amélioration génétique des cultures afin d'accroître l'efficacité de la photosynthèse, ce qui leur permet de résister aux vagues de chaleur et d'améliorer les rendements.
-
En contournant le processus énergivore de la photorespiration, les recherches du RIPE ont permis de créer des pommes de terre dont la masse des tubercules a augmenté de 30 % dans des conditions de chaleur extrême.
-
Ces résultats ont des implications pour d'autres aliments de base, tels que le manioc, dans les régions fortement touchées par le changement climatique.
Une équipe de l'Université de l'Illinois a modifié des pommes de terre pour les rendre plus résistantes au réchauffement climatique, en augmentant de 30 % la masse des tubercules dans des conditions de canicule. Cette adaptation pourrait renforcer la sécurité alimentaire des familles qui dépendent de la pomme de terre, car ce sont souvent les mêmes régions où le changement climatique a déjà affecté plusieurs saisons de culture.
« Nous devons produire des cultures capables de résister à des vagues de chaleur plus fréquentes et plus intenses si nous voulons répondre aux besoins alimentaires de la population dans les régions les plus menacées par la baisse des rendements due au réchauffement climatique », a déclaré Mme Katherine Meacham-Hensold, responsable scientifique du projet Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE) à l'Université de l'Illinois. « L'augmentation de 30 % de la masse des tubercules observée lors de nos essais sur le terrain montre qu'il est possible d'améliorer la photosynthèse pour obtenir des cultures prêtes pour le climat ».
Mme Meacham-Hensold a dirigé ces travaux pour le projet RIPE, un projet de recherche international qui vise à accroître l'accès à la nourriture dans le monde en développant des cultures vivrières qui transforment plus efficacement l'énergie solaire en nourriture. Le projet RIPE a été soutenu de 2017 à 2023 par la Fondation Bill & Melinda Gates, la Fondation pour la Recherche sur l'Alimentation et l'Agriculture et le Bureau des Affaires Étrangères, du Commonwealth et du Développement du Royaume-Uni, et est actuellement soutenu par Bill & Melinda Gates Agricultural Innovations (Gates Ag One).
La photorespiration est un processus photosynthétique dont il a été démontré qu'il réduisait le rendement du soja, du riz et des cultures maraîchères jusqu'à 40 %. La photorespiration se produit lorsque la Rubisco réagit avec une molécule d'oxygène plutôt qu'avec du CO2, ce qui se produit environ 25 % du temps dans des conditions idéales, mais plus fréquemment lorsque les températures sont élevées. Les plantes doivent alors utiliser une grande quantité d'énergie pour métaboliser le sous-produit toxique causé par la photorespiration (glycolate). Une énergie qui aurait pu être utilisée pour une plus grande croissance.
« La photorespiration représente un coût énergétique important pour la plante », explique Mme Meacham-Hensold. « Elle réduit la production de nourriture car l'énergie est détournée pour métaboliser la toxine. Notre objectif était de réduire la quantité d'énergie gaspillée en contournant la voie photorespiratoire originale de la plante. »
Mme Katherine Meacham-Hensold a dirigé des recherches qui ont montré que les améliorations techniques apportées à la dérivation photorespiratoire de la pomme de terre permettaient d'augmenter la masse des tubercules en cas de canicule. (Image : RIPE Project/Katherine Meacham-Hensold)
Les membres précédents de l'équipe RIPE avaient montré qu'en ajoutant deux nouveaux gènes, la glycolate déshydrogénase et la malate synthase, aux voies des plantes modèles, ils pouvaient améliorer l'efficacité de la photosynthèse. Les nouveaux gènes métaboliseraient la toxine (glycolate) dans le chloroplaste, le compartiment de la feuille responsable de la photosynthèse, au lieu de devoir la déplacer dans d'autres régions de la cellule.
Ces économies d'énergie ont entraîné des gains de croissance dans la culture modèle, dont l'équipe actuelle espérait qu'ils se traduiraient par une augmentation de la masse de leur produit vivrier. Non seulement ils ont constaté une différence, mais les avantages, récemment publiés dans Global Change Biology, ont été triplés dans des conditions de canicule, qui deviennent plus fréquentes et plus intenses à mesure que le réchauffement climatique progresse.
Trois semaines après le début de la campagne 2022, alors que les pommes de terre étaient encore dans leur phase de croissance végétative, une vague de chaleur a maintenu les températures au-dessus de 35 °C pendant quatre jours consécutifs, dépassant les 38 °C à deux reprises. Après quelques jours de répit, les températures sont remontées à près de 38 °C.
Au lieu de dépérir sous la chaleur, les pommes de terre modifiées ont produit 30 % de tubercules en plus que les pommes de terre du groupe témoin, tirant pleinement parti de leur thermotolérance et de leur efficacité photosynthétique accrues.
« Une autre caractéristique importante de cette étude est la démonstration que notre génie génétique de la photosynthèse, qui a produit ces augmentations de rendement, n'a pas eu d'impact sur la qualité nutritionnelle de la pomme de terre », a déclaré M. Don Ort, professeur Robert Emerson de biologie végétale et de sciences des cultures et directeur adjoint du projet RIPE. « La sécurité alimentaire ne se résume pas à la quantité de calories pouvant être produites, mais nous devons également prendre en compte la qualité de la nourriture. »
Des essais sur le terrain multilocaux sont nécessaires pour confirmer les résultats de l'équipe dans différents environnements, mais les résultats encourageants obtenus sur les pommes de terre pourraient signifier que des résultats similaires pourraient être obtenus dans d'autres cultures de tubercules comme le manioc, un aliment de base dans les pays d'Afrique subsaharienne qui devraient être fortement touchés par l'augmentation des températures mondiales.
_____________
* Source : Genetic modifications unlock climate-ready potatoes | AGDAILY