Les spécialistes des plantes de Cambridge affirment que les gènes de l’horloge circadienne, qui permettent aux plantes de mesurer les rythmes quotidiens et saisonniers, devraient être ciblés dans l’agriculture et la sélection végétale pour des rendements plus élevés et une agriculture plus durable.
Comme les humains, les plantes ont une «horloge interne» qui surveille les rythmes de leur environnement. Les auteurs d’une étude publiée aujourd’hui disent que maintenant la base génétique de ce système circadien est bien comprise et qu’il existe des outils génétiques améliorés pour le modifier, l’horloge devrait être exploitée en agriculture – un processus qu’ils qualifient de « chronoculture » – pour contribuer à la sécurité alimentaire mondiale.
« Nous vivons sur une planète en rotation, et cela a un impact énorme sur notre biologie – et sur la biologie des plantes. Nous avons découvert que les plantes poussent beaucoup mieux lorsque leur horloge interne est adaptée à l’environnement dans lequel elles poussent », a déclaré Professeur Alex Webb, président de la signalisation cellulaire au département des sciences végétales de l’Université de Cambridge et auteur principal du rapport.
L’horloge circadienne d’une plante joue un rôle important dans la régulation de nombreuses fonctions qui affectent le rendement, notamment le temps de floraison, la photosynthèse et l’utilisation de l’eau. Les gènes contrôlant le rythme circadien sont similaires dans toutes les principales plantes cultivées – ce qui en fait une cible potentielle pour les sélectionneurs souhaitant acquérir plus de contrôle sur ces fonctions.
La chronoculture pourrait également être appliquée en adaptant les pratiques culturales à l’heure optimale de la journée, afin de réduire les ressources nécessaires. L’étude est publiée aujourd’hui dans la revue La science.
L’approche la plus simple et la plus facile, disent les scientifiques, serait d’utiliser la connaissance de l’horloge interne d’une culture pour appliquer de l’eau, des herbicides ou des pesticides à l’heure la plus efficace du jour ou de la nuit. Des technologies à faible coût, notamment des drones et des capteurs, pourraient collecter des informations 24 heures sur 24 sur la croissance et la santé des cultures végétales. Les agriculteurs pourraient alors recevoir des conseils sur le meilleur moment pour appliquer les traitements à leur culture spécifique, pour leur emplacement précis et les conditions météorologiques.
«Nous savons grâce à des expériences en laboratoire que l’arrosage des plantes ou l’application de pesticides peuvent être plus efficaces à certains moments de la journée, ce qui signifie que les agriculteurs pourraient utiliser moins de ces ressources. C’est une simple victoire qui pourrait économiser de l’argent et contribuer à la durabilité», déclare Webb.
Il a ajouté: « Utiliser l’eau plus efficacement est un objectif de durabilité important pour l’agriculture. »
Webb dit que «l’agriculture verticale» en intérieur pourrait également être améliorée en utilisant la chronoculture. L’approche, principalement utilisée pour les légumes-feuilles à l’heure actuelle, fait pousser des cultures dans des conditions de lumière et de température très contrôlées, mais peut également être très gourmande en énergie. Avec la connaissance de l’horloge interne des plantes et la capacité de la changer par modification génétique, les cycles d’éclairage et de chauffage pourraient être adaptés à la plante pour une croissance très efficace.
«Dans l’agriculture verticale, la chronoculture pourrait donner un contrôle total sur la culture. Nous pourrions sélectionner des plantes cultivées spécifiques avec des horloges internes adaptées à la culture en intérieur, et optimiser les cycles de lumière et de température pour elles», explique Webb.
Une troisième application potentielle de la chronoculture est la post-récolte, lorsque les plantes se détériorent lentement et continuent d’être mangées par les ravageurs. Il existe de bonnes preuves que les dommages causés par les ravageurs peuvent être réduits en maintenant les rythmes internes des plantes récoltées.
«Les réponses des plantes aux ravageurs sont optimisées – elles sont plus résistantes aux ravageurs au moment de la journée où les ravageurs sont actifs», explique Webb. « Ainsi, une simple lumière allumée et éteinte dans le camion frigorifique pour imiter le cycle jour / nuit utiliserait l’horloge interne de l’usine pour aider à améliorer le stockage et à réduire les déchets. »
Les chercheurs affirment qu’en sélectionnant des plantes présentant des caractéristiques particulières telles que la floraison tardive pour un rendement plus élevé, les sélectionneurs ont déjà choisi sans le vouloir les plantes dotées de l’horloge interne la plus appropriée. Une nouvelle compréhension des gènes impliqués dans l’horloge pourrait rendre ce type de sélection beaucoup plus ciblé et efficace.
Webb dit qu’il existe de nombreuses opportunités pour la chronoculture pour rendre la production alimentaire plus durable. Les spécificités seraient différentes pour chaque emplacement et chaque culture, et c’est là que des recherches supplémentaires sont maintenant nécessaires. Il est convaincu que cette approche peut faire partie de la solution pour nourrir durablement notre population croissante.
Il a été estimé que nous devrons produire plus de nourriture au cours des 35 prochaines années n’a jamais été produit dans l’histoire de l’humanité, étant donné les augmentations projetées de la population mondiale et le changement des régimes alimentaires à mesure que les revenus augmentent.
Une idée similaire est maintenant appliquée en médecine humaine: la «chronomédecine» découvre que les médicaments sont plus efficaces lorsqu’ils sont pris à un moment précis de la journée.
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