Étude : deux petits changements qui pourraient transformer l'agriculture

Étude : deux petits changements qui pourraient transformer l'agriculture

Agdaily reporters*

Image : Fotokostic, Shutterstock

« Nous avons fait un pas de plus vers une production alimentaire plus verte et plus respectueuse du climat. »

C'est l'avis de Kasper Røjkjær Andersen et Simona Radutoiu, tous deux professeurs de biologie moléculaire à l'Université d'Aarhus au Danemark.

Les deux chercheurs ont mené une étude intitulée « Two residues reprogram immunity receptors for nitrogen-fixing symbiosis » (deux résidus reprogramment les récepteurs immunitaires pour la symbiose fixatrice d'azote), dans laquelle ils ont découvert un élément clé pour comprendre comment réduire les besoins de l'agriculture en engrais artificiels.

Les plantes ont besoin d'azote pour pousser, un nutriment que la plupart des cultures obtiennent uniquement à partir d'engrais. Seules quelques plantes, telles que les pois, le trèfle et les haricots, peuvent s'en passer. Elles vivent en symbiose avec des bactéries spéciales qui transforment l'azote de l'air en une forme utilisable par la plante.

Aujourd'hui, des chercheurs du monde entier s'efforcent de comprendre les mécanismes génétiques et moléculaires à l'origine de cette capacité particulière, afin qu'elle puisse un jour être transférée à des cultures telles que le blé, l'orge et le maïs.

Cela rendrait les plantes autonomes en azote et réduirait ainsi le besoin d'engrais artificiels, qui représentent actuellement environ 2 % de la consommation totale d'énergie mondiale et émettent de grandes quantités de CO₂.

Les chercheurs de l'Université d'Aarhus ont identifié les petits changements dans les récepteurs des plantes qui les amènent à désactiver leur système immunitaire et à permettre une symbiose avec les bactéries fixatrices d'azote.

Ami ou ennemi ?

Les plantes utilisent des récepteurs à la surface de leurs cellules pour capter les signaux émis par les micro-organismes présents dans le sol.

Certaines bactéries émettent des substances chimiques qui signalent qu'elles sont des « ennemies » et que les plantes doivent se défendre. D'autres sont des « amies » qui contribuent à leur apporter des nutriments.

Les légumineuses, telles que les pois, les haricots et le trèfle, invitent des bactéries spéciales dans leurs racines. Là, les bactéries convertissent l'azote de l'air et le transmettent à la plante. Cette coopération s'appelle la symbiose, et c'est la raison pour laquelle les légumineuses peuvent pousser sans engrais artificiel.

Les chercheurs de l'Université d'Aarhus ont découvert que cette capacité est en grande partie contrôlée par deux acides aminés, deux petits « éléments constitutifs » d'une protéine présente dans les racines des plantes.

« Il s'agit d'une découverte remarquable et importante », souligne Mme Radutoiu.

La protéine présente dans les racines fonctionne comme un « récepteur » qui reçoit les signaux des bactéries. Elle décide si la plante doit donner l'alerte (système immunitaire) ou accueillir les bactéries (symbiose).

Les chercheurs ont découvert une petite zone dans la protéine, qu'ils ont appelée « Symbiosis Determinant 1 » (déterminant de symbiose 1). Cette zone agit comme une sorte d'interrupteur qui détermine quel message est envoyé à l'intérieur de la cellule végétale.

En modifiant seulement deux acides aminés dans cet interrupteur, les chercheurs ont pu obtenir un récepteur qui, normalement, déclenche une réponse immunitaire, mais qui, à la place, entame une symbiose avec les bactéries fixatrices d'azote.

« Nous avons montré que deux petits changements peuvent amener les plantes à modifier leur comportement sur un point crucial : passer du rejet des bactéries à la coopération avec elles », explique Mme Radutoiu.

Possible pour le blé, l'orge et le maïs ?

En laboratoire, les chercheurs ont réussi à modifier la plante Lotus japonicus. Mais le même principe s'est avéré applicable à l'orge.

« Il est tout à fait remarquable que nous soyons désormais capables de prélever un récepteur de l'orge, d'y apporter de petites modifications, puis de rétablir la fixation de l'azote », déclare M. Andersen.

Et les perspectives sont grandes. Si la modification peut être transférée à d'autres cultures, il sera peut-être possible à terme de cultiver des céréales telles que le blé, le maïs ou le riz capables de fixer elles-mêmes l'azote, comme le font aujourd'hui les légumineuses.

« Mais nous devons d'abord trouver les autres éléments essentiels », précise Mme Radutoiu, ajoutant : « Seules quelques cultures sont capables de symbiose aujourd'hui. Si nous parvenons à étendre cela aux cultures largement utilisées, cela pourrait vraiment faire une grande différence en termes de quantité d'azote nécessaire. »

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* Source : Study: Two Small Changes That May Transform Agriculture