Des scientifiques de l'Université de Californie ont découvert des données génétiques qui aideront les cultures vivrières comme les tomates et le riz à survivre à des périodes de sécheresse plus longues et plus intenses sur notre planète en réchauffement.
Au cours de la dernière décennie, l’équipe de recherche a cherché à créer un atlas moléculaire des racines des cultures, dans lequel les plantes détecteraient pour la première fois les effets de la sécheresse et d’autres menaces environnementales. Ce faisant, ils ont découvert des gènes que les scientifiques peuvent utiliser pour protéger les plantes de ces stress. Leurs travaux, publiés le 20 mai dans la revue Cellule, a atteint un haut degré de compréhension des fonctions des racines grâce à la combinaison de données génétiques provenant de différentes cellules de racines de tomates cultivées à l'intérieur et à l'extérieur.
"Souvent, les chercheurs effectuent des expériences en laboratoire et en serre, mais les agriculteurs cultivent des choses sur le terrain, et ces données portent également sur des échantillons de terrain", a déclaré Neelima Sinha, professeur de biologie végétale à l'UC Davis et co-auteur de l'article. Les données ont fourni des informations sur les gènes qui indiquent à la plante de produire trois éléments clés.
Le xylème est un récipient creux en forme de tuyau qui transporte l'eau et les nutriments des racines jusqu'aux pousses. Sans transport dans le xylème, la plante ne peut pas créer sa propre nourriture via la photosynthèse. "Le xylème est très important pour protéger les plantes contre la sécheresse ainsi que contre le sel et d'autres stress", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Siobhan Brady, professeur de biologie végétale à l'UC Davis.
À leur tour, sans le transport des minéraux végétaux dans le xylème, les humains et les autres animaux disposeraient de moins de vitamines et de nutriments essentiels à notre survie. En plus de quelques acteurs typiques nécessaires à la formation du xylème, de nouveaux gènes surprenants ont été découverts.
Le deuxième ensemble clé de gènes est celui qui dirige une couche externe de la racine pour produire de la lignine et de la subérine. La subérine est la substance clé du liège et entoure les cellules végétales d'une couche épaisse, retenant l'eau en cas de sécheresse. Les cultures comme les tomates et le riz contiennent de la subérine dans les racines. Les pommes contiennent de la subérine entourant leurs cellules externes. Partout où cela se produit, cela empêche la plante de perdre de l’eau. La lignine imperméabilise également les cellules et fournit un support mécanique.
"La subérine et la lignine sont des formes naturelles de protection contre la sécheresse, et maintenant que les gènes qui les codent dans cette couche très spécifique de cellules ont été identifiés, ces composés peuvent être améliorés", a déclaré Julia Bailey-Serres, co-auteure de l'étude. Professeur de génétique à Riverside. « Je suis ravi que nous ayons tant appris sur les gènes régulant cette couche barrière contre l'humidité. C’est très important pour pouvoir améliorer la tolérance des cultures à la sécheresse », a-t-elle déclaré.
Les gènes qui codent pour le méristème racinaire d'une plante se sont également révélés remarquablement similaires entre la tomate, le riz et Arabidopsis, une plante modèle semblable à une mauvaise herbe. Le méristème est la pointe croissante de chaque racine et la source de toutes les cellules qui composent la racine.
"C'est la région qui va fabriquer le reste de la racine et qui lui sert de niche pour les cellules souches", a déclaré Bailey-Serres. « Cela dicte les propriétés des racines elles-mêmes, comme leur taille. En avoir connaissance peut nous aider à développer de meilleurs systèmes racinaires.
Brady a expliqué que lorsque les agriculteurs s'intéressent à une culture particulière, ils sélectionnent des plantes qui présentent des caractéristiques qu'ils peuvent voir, comme des fruits plus gros et plus attrayants. Il est beaucoup plus difficile pour les sélectionneurs de sélectionner des plantes dont les propriétés souterraines ne sont pas visibles.
"La "moitié cachée" d'une plante, sous terre, est essentielle pour que les sélectionneurs prennent en compte s'ils veulent faire pousser une plante avec succès", a déclaré Brady. "Être capable de modifier le méristème des racines d'une plante nous aidera à concevoir des cultures ayant des propriétés plus souhaitables."
Bien que cette étude n’ait analysé que trois plantes, l’équipe estime que les résultats peuvent être appliqués plus largement. "La tomate et le riz sont séparés par plus de 125 millions d'années d'évolution, mais nous constatons encore des similitudes entre les gènes qui contrôlent les caractéristiques clés", a déclaré Bailey-Serres. "Il est probable que ces similitudes s'appliquent également à d'autres cultures."