Alors qu'elle marche parmi la mer de feuilles vertes, jaunes et oranges d'un verger de châtaigniers, ramassant soigneusement les bavures de châtaigniers des arbres, Sara Fitzsimmons, directrice de la restauration pour l'American Chestnut Foundation, est consciente qu'elle ne sera pas là pour voir le plein fruit de son travail. Le cycle de vie d'un arbre est beaucoup trop long pour cela.
Depuis près de deux décennies, Fitzsimmons travaille à faire revivre le châtaignier d'Amérique (Castanea dentata) , une espèce fondamentale qui dominait autrefois les forêts de l'Est des États-Unis et du sud de l'Ontario, au Canada. Mais il y a plus d'un siècle, les arbres ont été exposés à la brûlure du châtaignier, un agent pathogène envahissant introduit accidentellement par des espèces d'arbres asiatiques importées, utilisées principalement pour les plantes ornementales et dans les vergers. Les châtaigniers américains, vulnérables à la maladie fongique, ont été dévastés par la brûlure, laissant derrière eux des forêts pleines d'arbres renversés ou de tiges aux branches nues et mortes. Aujourd'hui, 84 % des châtaigniers d'Amérique restent petits et ne peuvent pas porter de fruits.
À un moment donné, il y avait entre trois et cinq milliards de châtaigniers américains. Aujourd'hui, il y en a tout au plus 435 millions encore en vie. Des organisations comme l'American Chestnut Foundation travaillent à développer un nouveau châtaignier résistant à la brûlure pour réintroduire et aider à raviver la population. La chronologie ? "Il nous faudra entre 150 et 200 ans pour avoir un impact écologique avec des millions de semis sur le paysage", déclare Fitzsimmons.
Avant la brûlure, les châtaigniers d'Amérique portaient de l'importance non seulement pour l'écosystème, mais aussi pour les humains et leur mode de vie. Lorsque les châtaigniers étaient abondants, les agriculteurs pouvaient compter sur leurs noix comme source de nutrition pour leurs porcs ou leurs dindes. Ils cherchaient aussi souvent les noix pour les manger comme leur propre nourriture ou même pour les échanger. Le bois des arbres s'est avéré robuste pour les structures de construction et a été utilisé pour les bardeaux, les poutres et les revêtements de sol dans les maisons, ainsi que pour les traverses de chemin de fer et les poteaux télégraphiques ou téléphoniques.
« Le bois était très résistant à la pourriture, nous en avions de nombreuses utilisations. C'est très bon pour la séquestration du carbone, ce qui est important de nos jours avec le changement climatique. C'est un très bel habitat pour la faune. Et les gens récoltaient les châtaignes à cette période de l'année », explique William Powell, directeur de l'American Chestnut Research and Restoration Project au State University of New York College of Environmental Science and Forestry (SUNY-ESF).
Châtaignes mûres. Photo de karnavalfoto, Shutterstock.
Et, bien sûr, ils étaient bons pour la torréfaction. "Vous entendez cette chanson, 'châtaignes rôtissant [sur] un feu ouvert'", dit Powell, faisant référence à la chanson de Noël classique écrite en 1945 par Robert Wells et Mel Tormé. "Ce sont des châtaignes américaines. Donc tout était perdu."
Les rues de la ville étaient autrefois bordées de charrettes servant les friandises sucrées et grillées des Fêtes. Bien que l'association des châtaignes avec les vacances remonte à l'Europe du XVIe siècle, les châtaignes cultivées en Amérique du Nord étaient connues pour avoir une saveur plus riche et plus sucrée et étaient particulièrement adaptées comme friandise chaude pendant les mois d'hiver. Tout a changé lorsque la brûlure a réduit le nombre de châtaigniers américains à presque rien. Maintenant, toute châtaigne grillée sur un feu ouvert est probablement importée, car les États-Unis sont responsables de moins d'un pour cent de la production mondiale totale de la récolte.
Élever un meilleur châtaignier d'Amérique
Malgré la perte massive, les châtaigniers ne sont pas techniquement éteints. En fait, ils ne figurent même pas sur une liste en voie de disparition. Le champignon de la brûlure ne peut pas attaquer les systèmes racinaires des arbres en raison des micro-organismes du sol qui agissent comme protecteur. Il en résulte une capacité unique pour les châtaigniers américains à survivre aux racines.
Mais la version actuelle d'un châtaignier pâlit par rapport aux imposants ancêtres des arbres, qui atteignaient 80 à 100 pieds de haut avec des diamètres de tronc d'environ 10 pieds. "Le problème est que 84 % d'entre eux ne mesurent qu'un pouce de diamètre à hauteur de poitrine", explique Fitzsimmons. "Et ils ne mesurent qu'environ 15 pieds de haut. Ils ne servent pas les services et les écosystèmes que l'espèce est censée fournir. Nous les appelons donc fonctionnellement éteintes.
Un homme est éclipsé par un grand châtaignier américain survivant dans le Kentucky. Photo publiée avec l'aimable autorisation de l'American Chestnut Foundation.
Dans sa mission de restauration du châtaignier d'Amérique en créant un arbre résistant au mildiou, la fondation utilise un système qui intègre des techniques de sélection et la biotechnologie. Une méthode utilisée par l'American Chestnut Foundation est connue sous le nom de rétrocroisement. Pour cette méthode, les scientifiques sélectionnent et déplacent les caractéristiques souhaitables d'une variété à une autre. L'objectif est d'isoler les gènes de résistance à la brûlure d'une autre espèce et de les incorporer dans la constitution génétique des châtaigniers d'Amérique. Leila Pinchot, chercheuse écologiste pour le US Forest Service spécialisée dans la réintroduction de châtaigniers dans la forêt, explique le rétrocroisement comme une « approche pour incorporer les gènes de résistance du châtaignier chinois avec le châtaignier américain parce que ce que nous voulons, c'est un arbre qui ressemble et agit à l'américaine.
Pinchot explique que cette méthode, comme le montrent les recherches du généticien Jared Westbrook pour l'American Chestnut Foundation, s'est avérée ne pas être la solution dans le cas du châtaignier. Le but du rétrocroisement est d'isoler deux ou trois gènes, mais dans le cas du châtaignier, "il y a tellement de gènes de résistance dans le châtaignier chinois, qu'il n'est tout simplement pas possible de les combiner avec le châtaignier américain et de produire un arbre". c'est principalement américain, mais intègre toujours les gènes des systèmes chinois », explique Pinchot. Même ainsi, les arbres rétrocroisés ont une plus grande tolérance à la brûlure qu'un arbre sauvage et sont toujours plantés dans les forêts pour compléter la population d'arbres pour le moment.
Lecture des gènes du blé
La reproduction par rétrocroisement n'est pas le seul espoir de l'arbre. Dans le laboratoire de Powell à SUNY-ESF, il a récemment utilisé le génie génétique pour développer un arbre résistant à la brûlure en combinant un seul brin d'ADN de blé avec l'ADN de châtaignier d'Amérique. Powell, qui travaille sur le projet depuis plus de 30 ans, a isolé un gène du blé, le ciblant pour sa capacité à lutter contre le champignon de la brûlure. "La bonne chose à propos de ce gène est qu'il neutralise la façon dont le champignon attaque l'arbre", dit-il.
Powell explique que lorsque la brûlure infecte un arbre, il commence à fabriquer des acides et des enzymes qui agissent dans ces acides. Le principal acide qu'il produit, connu sous le nom d'acide oxalique, est une toxine qui tue les cellules végétales. Le champignon se nourrit ensuite de ces cellules mortes, formant une structure appelée chancre qui finit par encercler un arbre et tuer tout ce qui se trouve au-dessus du point d'infection. «Ce que ce gène [de blé] va faire, c'est en fait fabriquer une enzyme qui détoxifie cet acide. Il le décompose en peroxyde d'hydrogène et en dioxyde de carbone, deux choses que l'usine utilise de toute façon », explique Powell. "Donc, fondamentalement, nous retirons l'arme du champignon." Les arbres génétiquement modifiés ou transgéniques sont connus sous le nom de Darling 58 et sont les premiers du genre. Et bien que les nouveaux arbres puissent encore être infectés par la même brûlure du châtaignier qui a tué leurs cousins il y a plus d'un siècle - et potentiellement même être légèrement endommagés par celle-ci - l'arbre survivra.
Plantation de semis transgéniques dans un verger à New York. Photo publiée avec l'aimable autorisation de l'American Chestnut Foundation.
En raison du statut de Darling 58 en tant que plante génétiquement modifiée, la prochaine étape pour introduire les arbres dans les forêts est un processus réglementaire strict par le biais de l'USDA, de l'EPA et de la FDA. SUNY-ESF a présenté une pétition à l'USDA en 2020, cherchant à déréglementer les arbres afin de les planter dans la nature. Powell espère que ce processus se terminera en 2023. Entre-temps, plus de 2 000 Darlings sont plantés dans des champs hautement réglementés, interdits de fleurir ou de répandre du pollen dans la nature. En attendant les réglementations nécessaires pour planter des arbres dans les forêts, le laboratoire de Powell et l'American Chestnut Foundation travaillent à croiser les arbres Darling avec de l'ADN de châtaignier sauvage, dans l'espoir de créer des arbres plus forts qui pousseront à travers le pays.
De cette façon, même avec leur statut fonctionnellement éteint, les châtaigniers sauvages sont d'une importance vitale pour le processus de restauration du châtaignier d'Amérique. Les arbres sauvages, prédominants dans des régions aux climats très différents, allant de la Géorgie jusqu'au sud du Canada, ont une diversité adaptative qui leur permet de prospérer au sein de leurs écosystèmes. « Darling 58 est un clone. Nous ne pouvons pas restaurer le châtaignier d'Amérique ou toute autre espèce avec un clone », déclare Fitzsimmons. « L'arbre ne pourrait pas persister dans tous les types d'environnements. Disons que je prends un marronnier d'Alabama et que j'essaie de le planter dans le Maine, au moins en ce moment, cet arbre ne survivrait pas. Sans tolérance adaptative au froid, le châtaignier ne serait pas viable dans une région froide. Le croisement des arbres Darling 58 avec des châtaigniers sauvages permet la diversité dont l'espèce aura besoin pour rajeunir à l'échelle nationale.
La fondation s'appuie sur des individus passionnés, ou citoyens scientifiques, pour trouver de la matière sauvage de châtaignier d'Amérique qu'ils peuvent utiliser dans les programmes d'élevage et de biotechnologie.
Et pour les prochaines étapes du processus de restauration, lorsque viendra le temps de commencer à introduire des arbres résistants à la brûlure dans les forêts américaines, le processus ne sera pas plus facile que de développer le nouvel arbre. Pinchot note les défis écologiques potentiels dans les prochaines étapes de revitalisation de l'espèce. « Nous devons savoir de quelle quantité de lumière les arbres ont besoin pour pousser et quels types de traitements sont appropriés pour les châtaigniers pour favoriser leur croissance sans, encore une fois, donner l'avantage concurrentiel aux autres espèces. C'est vraiment là que se situent mes intérêts de recherche », dit-elle. Les défis logistiques comme faire pousser suffisamment de semis dans les pépinières puis les transférer avec succès dans les forêts sont également au premier plan. Tout comme les volontaires sur le terrain, qui joueront un rôle essentiel dans la plantation des dizaines de millions d'arbres.
« Cela va prendre beaucoup de monde, beaucoup d'argent, beaucoup d'énergie, beaucoup de temps. Vous savez, avec les arbres, la nature le fait beaucoup mieux. Mais la nature ne peut pas le faire toute seule, et nous allons devoir lui apporter beaucoup d'aide », déclare Fitzsimmons. "C'est vraiment poétique que j'aide à travailler sur un projet que mes ancêtres ont commencé il y a 100 ans et qu'il faudra encore plus de 100 ans à ma progéniture pour le terminer. Je pense qu'il y a quelque chose de vraiment cool à ce sujet."
