Percée : du blé qui produit son propre engrais
Une solution bactérienne pour réduire la pollution et permettre aux agriculteurs d'économiser des milliards d'euros
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Des scientifiques de l'université de Californie à Davis ont mis au point des plants de blé qui stimulent la production de leur propre Engrais, ouvrant ainsi la voie à une réduction de la pollution de l'air et de l'eau dans le monde entier et à une diminution des coûts pour les agriculteurs.
Cette technologie a été mise au point par une équipe dirigée par Eduardo Blumwald, professeur émérite au département des sciences végétales. L'équipe a utilisé l'outil d'édition de gènes CRISPR pour amener les plants de blé à produire davantage d'une de leurs substances chimiques naturelles. Lorsque la plante libère la substance chimique excédentaire dans le sol, celle-ci aide certaines bactéries du sol à convertir l'azote de l'air en une forme que les plantes voisines peuvent utiliser pour se développer. Ce processus de conversion s'appelle la fixation de l'azote. L'étude a été publiée en ligne dans la revue Plant Biotechnology Journal.
Dans les pays en développement, cette avancée pourrait être un atout pour la sécurité alimentaire.
"En Afrique, les gens n'utilisent pas d'engrais parce qu'ils n'ont pas d'argent, et les fermes sont petites, ne dépassant pas six à huit acres", a déclaré M. Blumwald. "Imaginez que vous plantez des cultures qui stimulent les bactéries du sol pour qu'elles créent naturellement l'engrais dont les cultures ont besoin. C'est une grande différence ! C'est une grande différence !"
La percée dans le domaine du blé s'appuie sur les travaux antérieurs de l'équipe dans le domaine du riz. Des recherches sont également en cours pour étendre cette technologie à d'autres céréales.
Au niveau mondial, le blé est la deuxième culture céréalière en termes de rendement et absorbe la plus grande part des engrais azotés, soit environ 18 % du total. Selon les chiffres de l'Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture, plus de 800 millions de tonnes d'engrais ont été produites dans le monde rien qu'en 2020.
Mais les plantes n'absorbent que 30 à 50 % de l'azote contenu dans les engrais. Une grande partie de ce qu'elles n'utilisent pas s'écoule dans les cours d'eau, ce qui peut créer des "zones mortes" dépourvues d'oxygène, asphyxiant les poissons et autres formes de vie aquatique. Une partie de l'azote excédentaire dans le sol produit de l'oxyde nitreux, un puissant gaz qui réchauffe le climat.
La solution : Protéger le fixateur
Les bactéries fixatrices d'azote produisent une enzyme appelée nitrogénase, le "fixateur" dans la fixation de l'azote. La nitrogénase se trouve uniquement dans les bactéries et ne peut fonctionner que dans des environnements contenant très peu d'oxygène.
Les légumineuses telles que les haricots et les pois possèdent des structures racinaires, appelées nodules, qui constituent un habitat confortable et pauvre en oxygène pour les bactéries fixatrices d'azote.
Contrairement aux légumineuses, le blé et la plupart des autres plantes n'ont pas de nodules racinaires. C'est pourquoi les agriculteurs utilisent des engrais contenant de l'azote.
"Pendant des décennies, les scientifiques ont essayé de développer des cultures céréalières qui produisent des nodules racinaires actifs ou de coloniser les céréales avec des bactéries fixatrices d'azote, sans grand succès. Nous avons utilisé une approche différente", a déclaré M. Blumwald. "Nous avons dit que l'emplacement des bactéries fixatrices d'azote n'était pas important, tant que l'azote fixé pouvait atteindre la plante et que celle-ci pouvait l'utiliser".
Pour trouver une solution, l'équipe a d'abord examiné 2 800 substances chimiques produites naturellement par les plantes. Ils en ont trouvé 20 qui, entre autres fonctions utiles à la plante, stimulent également la production de biofilms par les bactéries. Les biofilms sont une couche collante qui entoure les bactéries et crée un environnement pauvre en oxygène, permettant à la nitrogénase de fonctionner. Les scientifiques ont déterminé comment la plante fabrique ces substances chimiques et quels gènes contrôlent ce processus.
Ensuite, l'équipe a utilisé l'outil d'édition de gènes CRISPR pour modifier des plants de blé afin qu'ils produisent davantage de l'une de ces substances chimiques, une flavone appelée apigénine. Le blé, qui possède désormais plus d'apigénine qu'il n'en a besoin, libère l'excédent dans le sol par l'intermédiaire de ses racines. Dans les expériences menées, l'apigénine du blé a stimulé les bactéries du sol à créer des biofilms protecteurs, permettant à la nitrogénase de fixer l'azote et aux plants de blé de l'assimiler.
Le blé a également montré un rendement plus élevé que les plantes témoins lorsqu'il était cultivé avec une très faible concentration d'engrais azoté.
Les agriculteurs pourraient économiser des milliards
Selon les estimations du ministère américain de l'agriculture, les agriculteurs américains ont dépensé près de 36 milliards de dollars en engrais en 2023. M. Blumwald estime que près de 500 millions d'hectares sont plantés en céréales aux États-Unis.
"Imaginez que vous puissiez économiser 10 % de la quantité d'engrais utilisée sur ces terres", s'est-il demandé. "Je fais un calcul prudent : Cela devrait représenter une économie de plus d'un milliard de dollars chaque année."
Les autres auteurs sont Hiromi Tajima, Akhilesh Yadav, Javier Hidalgo Castellanos, Dawei Yan, Benjamin P. Brookbank et Eiji Nambara.
Une demande de brevet a été déposée par l'Université de Californie et est en cours d'examen. Bayer Crop Science et l'UC Davis Will Lester Endowment ont soutenu la recherche.
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
Hiromi Tajima, Akhilesh Yadav, Javier Hidalgo Castellanos, Dawei Yan, Benjamin P. Brookbank, Eiji Nambara, Eduardo Blumwald; "Increased Apigenin in
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