La découverte d’un gène qui régule l’angle de croissance des racines du maïs est un nouvel outil pour permettre la sélection de cultures à enracinement plus profond avec une capacité accrue à absorber l’azote, selon une équipe internationale de chercheurs, dirigée par Penn State.
Le gène, appelé ZmCIPK15 – un surnom indiquant où il se trouve dans le génome et comment il fonctionne – s’est avéré manquant dans une lignée de maïs mutante naturelle qui pousse des racines à des angles plus raides qui les font s’enfoncer plus profondément dans le sol. Ils ont identifié le gène à l’aide d’une technique appelée étude d’association à l’échelle du génome, qui implique une analyse statistique minutieuse d’un ensemble de variantes génétiques à l’échelle du génome dans différentes lignées végétales pour voir quels gènes sont associés à un trait.
L’identification d’un gène qui contrôle l’angle de croissance des racines du maïs – influençant la profondeur à laquelle les racines se nourrissent – est importante parce que les racines plus profondes ont une plus grande capacité à capturer l’azote, selon le chef d’équipe de recherche Jonathan Lynch, professeur distingué de phytologie à Collège des sciences agricoles de l’État de Penn. Le maïs doté d’une capacité accrue à absorber l’azote a des implications pour l’environnement mondial, l’économie et la sécurité alimentaire, a-t-il noté.
« Le maïs est la culture la plus importante au monde. Dans les pays riches comme les États-Unis, le plus gros coût énergétique, économique et environnemental de la culture du maïs est l’engrais azoté », a déclaré Lynch. « Et plus de la moitié de l’engrais azoté appliqué au maïs n’est même jamais absorbé. Il est simplement gaspillé – lavé plus profondément dans le sol où il pollue les eaux souterraines, et une partie va dans l’atmosphère sous forme de gaz à effet de serre, l’oxyde nitreux. C’est un énorme problème. »
En revanche, dans des régions comme l’Afrique où les gens dépendent davantage du maïs pour se nourrir, les sols manquent d’azote et les agriculteurs ne peuvent pas se permettre d’acheter des engrais, même s’ils sont disponibles, a ajouté Lynch. Les rendements du maïs en Afrique ne représentent qu’une fraction de ce qu’ils sont aux États-Unis. Un maïs à enracinement plus profond aiderait les pays pauvres à récolter plus de nourriture avec la quantité limitée d’azote dont ils disposent.
Pour trouver le gène régulant l’angle des racines, des chercheurs de Penn State ont passé au crible près de 500 lignées de maïs sur quatre ans en Afrique du Sud. Des expériences sur le terrain au Russell E. Larson Agricultural Research Center de Penn State et des expériences en serre sur le campus de University Park ont été menées pour confirmer le phénotype des plantes mutantes et de type sauvage et pour tester l’utilité fonctionnelle des changements d’angle des racines pour la capture de l’azote.
Les racines de plantes sélectionnées ont été excavées et mesurées, validant l’importance fonctionnelle du gène ZmCIPK15. Cela a provoqué un changement d’environ 10 degrés de l’angle radiculaire, a noté Hannah Schneider, ancienne chercheuse postdoctorale au laboratoire Lynch, maintenant membre du corps professoral de l’Université de Wageningen aux Pays-Bas, qui a dirigé la recherche.
« En plus d’une meilleure acquisition d’azote en profondeur, nous nous attendions à ce que l’angle de croissance plus raide des racines des mutants cipk15 se traduise par de meilleures performances en cas de sécheresse, mais dans nos expériences, cela ne s’est pas traduit par une amélioration de l’état de l’eau des plantes », a-t-elle déclaré. « Cependant, ce n’est peut-être que parce que nous avons du mal à simuler les conditions de sécheresse en Pennsylvanie. »
Dans des conclusions récemment publiées dans Plante, Cellule et Environnement, les chercheurs ont signalé qu’un angle de croissance racinaire plus prononcé améliorait considérablement la capture de l’azote. Dans des études sur le terrain avec une disponibilité d’azote sous-optimale, le mutant cipk15 avec des angles de croissance plus raides avait une biomasse de pousses 18 % plus élevée et une accumulation d’azote de pousses 29 % plus élevée que le type sauvage, après 70 jours de croissance.
Les résultats de la recherche sont révélateurs, a souligné Lynch, admettant qu’il était surpris par le résultat. C’est assez inhabituel, quand on assomme quelque chose, que la plante s’améliore, a-t-il expliqué. Parce que les plantes sont comme des machines finement réglées.
« Vous retirez un gène de cette machine finement réglée, vous ne vous attendez pas à ce qu’elle fonctionne mieux, mais cela montre que si vous éliminez le gène unique, vous obtiendrez des racines plus profondes et une meilleure capture d’azote », a-t-il déclaré. « Pour l’Amérique, voici un moyen de réduire un coût majeur et un impact environnemental de la production de maïs. Pour l’Afrique, cette découverte pourrait entraîner des rendements de maïs plus élevés qui réduiront l’insécurité alimentaire. Et cette découverte pourrait soutenir la découverte de gènes régulant des angles de racine plus raides pour d’autres plantes céréalières, en particulier celles étroitement liées au maïs, comme le sorgho et le mil. »
Source de l’histoire :
Matériaux fourni par État de Pennsylvanie. Original écrit par Jeff Mulhollem. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
.
