Étude : les racines du maïs ont évolué grâce à l'agriculture et à l'environnement

Étude : les racines du maïs ont évolué grâce à l'agriculture et à l'environnement

AGDAILY reporters*

Image : Budimir Jevtic, Shutterstock

Le maïs a été domestiqué à partir de son ancêtre, le téosinte, dans le centre du Mexique il y a environ 9.000 ans, lorsque les humains ont sélectionné cette plante sauvage pour la cultiver, transformant ses petits grains à coque dure pour donner les gros épis de maïs savoureux que nous connaissons aujourd'hui.

Au fil des siècles, les caractéristiques des racines du maïs, qui est aujourd'hui la culture la plus répandue aux États-Unis et la deuxième au niveau mondial (en termes de superficie), ont évolué en réponse à la fois aux changements des conditions environnementales et aux pratiques agricoles humaines. Comme le rôle des racines dans la domestication des cultures en réponse à l'évolution des circonstances reste flou, et comme cela peut être pertinent aujourd'hui, alors que le réchauffement climatique met à rude épreuve le maïs et d'autres cultures, une équipe de chercheurs dirigée par des phytologues de l'Université Penn State a mené une étude pour comprendre comment les caractéristiques des racines ont évolué au cours de la domestication du maïs.

Les chercheurs ont examiné l'ADN d'anciennes plantes de maïs et analysé des preuves paléobotaniques (fossiles de plantes anciennes, pollen et signatures chimiques) qui fournissent des informations sur l'histoire de la vie végétale afin de comprendre comment les racines du maïs ont évolué. Ils ont également analysé comment les niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique préhistoriques et l'activité humaine ont influencé ces caractéristiques. En tenant compte de tous ces facteurs, ils ont modélisé la croissance et l'évolution des racines du maïs à l'aide du modèle OpenSimRoot, un programme informatique conçu pour simuler la réponse des cultures aux conditions du sol, développé par le Collège des Sciences Agricoles de Penn State. L'équipe a récemment publié ses conclusions dans la revue New Phytologist.

Les chercheurs ont rapporté que trois changements majeurs au niveau des racines se sont produits lors de la transformation du téosinte en maïs : une diminution du nombre de racines nodales (racines superficielles qui poussent à partir de la base de la tige) ; le développement d'un sclérenchyme cortical multisérié (cellules à paroi épaisse dans la racine qui aident les racines à pénétrer plus profondément dans le sol, ce qui a été découvert précédemment par des chercheurs de Penn State) ; et une augmentation du nombre de racines séminales (racines à développement précoce qui aident les plantules à accéder aux nutriments).

« Nous avons reconstitué les phénotypes racinaires du maïs et du téosinte, ainsi que les environnements de la vallée de Tehuacán, l'une des plus anciennes régions de domestication du maïs, au cours des 18.000 dernières années, en combinant l'ADN ancien, la paléobotanique et la modélisation fonctionnelle et structurelle afin de reconstituer l'évolution des caractéristiques racinaires au fil du temps », a déclaré M. Jonathan Lynch, chef de l'équipe, professeur émérite en nutrition végétale et auteur principal de l'étude. « Les recherches suggèrent que les phénotypes racinaires qui améliorent les performances des plantes en cas de stress azoté ont joué un rôle important dans l'adaptation du maïs aux pratiques agricoles changeantes. »

Cette figure tirée de l'article montre l'évolution des types de racines, du téosinte au maïs moderne, au cours des 10.000 dernières années, simulée à l'aide du programme de modélisation OpenSimRoot, développé par des scientifiques du Penn State's College of Agricultural Sciences. (Image fournie par Penn State)

L'étude a retracé la chronologie suivante de l'évolution des caractéristiques des racines, selon le premier auteur de l'étude, M. Ivan Lopez-Valdivia, qui a obtenu un doctorat en sciences végétales à Penn State en 2024 :

• Il y a 12.000 à 8.000 ans : les niveaux de dioxyde de carbone ont augmenté, favorisant le développement de systèmes racinaires plus profonds. Cela a favorisé la réduction des racines nodales et l'apparition d'un sclérenchyme cortical multisérié, qui aide les racines à pousser plus profondément et à accéder à l'eau et aux nutriments dans les sols plus secs.

• Il y a 6.000 ans : l'irrigation a été introduite, modifiant la disponibilité de l'azote, moins présent dans la couche arable, mais plus abondant dans les couches plus profondes. Cela a encore réduit les racines nodales, et la présence du sclérenchyme cortical multisérié est devenue plus utile pour accéder à cet azote du sous-sol.

• Il y a environ 3.500 ans : davantage de racines séminales ont fait leur apparition. Les racines séminales sont le système racinaire initial qui se développe à partir d'une graine lors de la germination et qui joue un rôle crucial dans le soutien de la croissance précoce de la plante en absorbant l'eau et les nutriments. Cela a coïncidé avec l'intensification de l'agriculture, la croissance démographique et la dégradation des sols, des conditions qui ont rendu le développement précoce des racines plus important pour la survie.

Bien que les chercheurs aient remonté loin dans le temps pour mener leur étude, M. Lynch a suggéré que les résultats pourraient avoir des implications pour l'avenir, car le maïs est l'une des cultures les plus importantes au monde et le climat change, avec une augmentation du dioxyde de carbone et une modification des sols.

« Nous avons examiné l'ADN d'anciens spécimens de plantes de maïs et utilisé les données environnementales provenant des carottes de sol générées par les archéologues, nous avons rassemblé tout cela et nous avons dit : "D'accord, lorsque le maïs a été domestiqué à l'origine, nous avons modifié l'environnement" », a-t-il expliqué. « La quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère changeait, et la plante a dû développer un système racinaire différent. Ce n'est pas seulement intéressant d'un point de vue historique, car c'est ainsi que nous avons obtenu le maïs moderne, mais cela nous donne également des indications sur ce que nous pouvons faire à l'avenir avec les racines du maïs pour les adapter mieux aux conditions en évolution. »

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* Source : Study: Corn Roots Evolved Through Farming and Environment

Ma note : Sauf erreur, l'article scientifique est ici.