La révolution des holobiontes : comment le blé devient plus résistant au climat grâce à la sélection végétale basée sur la nature et à l'apprentissage automatique
L'accent est mis sur l'interaction entre le microbiome et les plantes
Les engrais azotés utilisés dans l'agriculture contribuent de manière significative au réchauffement de la planète. Un nouveau concept de sélection, spécifique au blé, pourrait contribuer à réduire la fertilisation azotée. Le principe de l'holobiont place les interactions complexes entre les plantes et les microbiomes du sol au centre de la sélection végétale. Combiné à l'apprentissage automatique, il pourrait conduire à l'utilisation de nouvelles variétés de blé, ainsi que d'autres cultures, plus résistantes au changement climatique et contribuant à la santé des sols. Deux études récentes dirigées par Wolfram Weckwerth de l'université de Vienne ont été publiées dans les revues Plant Biotechnology et Trends in Plant Science.
Afin d'accroître l'approvisionnement en denrées alimentaires et en aliments pour animaux, l'agriculture intensifiée a de plus en plus recours aux engrais azotés (N). Cependant, plus de la moitié de l'azote épandu chaque année sur les terres cultivées se perd dans l'air et dans l'eau. Ces pertes entraînent de graves problèmes, notamment la pollution de l'air et de l'eau, l'acidification des sols, le changement climatique, l'appauvrissement de la couche d'ozone stratosphérique et la perte de biodiversité. Par conséquent, la réduction des pertes d'azote des terres cultivées pourrait améliorer les rendements économiques en diminuant les besoins en engrais, améliorer la santé humaine et les services écosystémiques, et contribuer à atténuer le changement climatique.
Le concept d'holobionte : considérer les plantes et les microbes comme une unité
Wolfram Weckwerth souligne que l'amélioration durable de la résilience et du rendement des cultures ne doit pas se concentrer uniquement sur les plantes, mais aussi sur le microbiome qui entoure leurs racines et leurs feuilles. Les microbiomes du sol offrent également des possibilités d'améliorer la fertilité des sols et de réduire la dépendance à l'égard des engrais synthétiques. Il fait remarquer ce qui suit : "L'évolution des plantes est largement déterminée par les interactions plantes-microbes, mais l'écologie de l'holobiont des plantes n'est pas bien comprise au niveau moléculaire. Pourtant, ces relations présentent d'énormes avantages pour l'agriculture durable. Il est donc essentiel d'identifier les variétés de plantes qui produisent des inhibiteurs naturels de la nitrification, également connus sous le nom d'inhibiteurs biologiques de la nitrification (IBN), qui sont des exsudats des racines dans le sol".
Le blé comme moyen naturel de ralentir les pertes d'azote
Dans une étude récente, l'équipe internationale a examiné le potentiel de différents cultivars de blé à produire des INB qui aident à contrôler les processus de nitrification du sol. Elle a constaté une variation naturelle prononcée de l'activité des INB dans différentes lignées de blé d'élite.
"Notre analyse des exsudats racinaires, des composés complexes libérés par le système racinaire, montre des variations substantielles entre les cultivars de blé", explique Arindam Ghatak, premier auteur de l'étude. "Ces exsudats favorisent ou inhibent des compositions spécifiques du microbiome et permettent de sélectionner des souches dont l'activité INB est particulièrement élevée". En cultivant ces lignées actives en INB, les agriculteurs pourraient à l'avenir réduire de manière significative les besoins en engrais azotés. Il s'agit d'une étape importante pour atténuer la perturbation du cycle mondial de l'azote causée par l'utilisation excessive d'engrais anthropiques.
Une sélection végétale guidée par les données pour un avenir durable
Pour utiliser efficacement cette solution naturelle, une équipe internationale de scientifiques autour de Wolfram Weckwerth du laboratoire de biologie des systèmes moléculaires (MOSYS) et du laboratoire de biologie des archées et d'écogénomique de l'université de Vienne a mis au point un nouveau concept de sélection. Soutenue par des institutions partenaires en Grèce, en Australie, en Inde, au Japon, au Canada, aux États-Unis et au Mexique, l'équipe place le concept d'holobionte au centre de la sélection végétale moderne, en se concentrant sur les interactions complexes entre les plantes et les microbiomes du sol. Grâce à une approche innovante axée sur les données, la génétique des plantes, les études sur le microbiome et PANOMICS sont intégrées pour générer des données à haut débit.
"En combinaison avec des algorithmes d'apprentissage automatique, cela ouvre une plateforme de sélection prometteuse pour développer de nouvelles variétés de cultures avec un potentiel d'INB élevé, une plus grande résilience au changement climatique et une meilleure santé des sols", explique Weckwerth. Le concept d'holobionte marque donc un changement de paradigme : il combine l'écologie, la biologie des systèmes et la technologie de sélection tout en soulignant l'interconnexion des écosystèmes, et ouvre de nouvelles voies vers une agriculture économe en ressources et résiliente au changement climatique.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Wolfram Weckwerth, Palak Chaturvedi, Arindam Ghatak, Melina Kerou, Vanika Garg, Abhishek Bohra, Guntur V. Subbarao, Lisa Stein, Christa Schleper, Rajeev K. Varshney, Sieglinde Snapp; "Natural variation of the holobiont for sustainable agroecosystems"; Trends in Plant Science, 2025
Arindam Ghatak, Alexandros E. Kanellopoulos, Cristina López-Hidalgo, Andrea Malits, Yuhang Meng, Florian Schindler, Shuang Zhang, Jiahang ... Evangelia S. Papadopoulou, Palak Chaturvedi, Wolfram Weckwerth: Natural variation of the wheat root exudate metabolome and its influence on biological nitrification inhibition activity. In Plant Biotechnology Journal, 2025.
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