Une équipe de scientifiques dirigée par le laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie a découvert le gène spécifique qui contrôle une relation symbiotique importante entre les plantes et les champignons du sol, et a facilité avec succès la symbiose dans une plante qui y résiste généralement. Cette découverte pourrait conduire au développement de cultures bioénergétiques et vivrières capables de supporter des conditions de croissance difficiles, de résister aux agents pathogènes et aux ravageurs, de nécessiter moins d'engrais chimiques et de produire des plantes plus grandes et plus abondantes par acre.
Ces dernières années, les scientifiques ont développé une compréhension plus approfondie de la relation complexe que les plantes entretiennent avec les champignons mycorhiziens. Lorsqu'ils sont unis, les champignons forment une gaine autour des racines des plantes aux bienfaits remarquables. La structure fongique s'étend loin de la plante hôte, augmentant l'absorption des nutriments et même communiquant avec d'autres plantes pour « avertir » de la propagation d'agents pathogènes et de ravageurs. En retour, les plantes fournissent du carbone au champignon, ce qui favorise sa croissance.
On pense que ces symbioses mycorhiziennes ont soutenu l'ancienne colonisation des terres par les plantes, permettant des écosystèmes prospères tels que de vastes forêts et prairies. On estime que 80 % des espèces végétales ont des champignons mycorhiziens associés à leurs racines.
« Si nous pouvons comprendre le mécanisme moléculaire qui contrôle la relation entre les plantes et les champignons bénéfiques, alors nous pouvons commencer à utiliser cette symbiose pour acquérir des conditions spécifiques chez les plantes telles que la résistance à la sécheresse, les agents pathogènes, l'amélioration de l'absorption d'azote et de nutrition et plus encore », a déclaré l'ORNL. généticien moléculaire Jessy Labbe. "Les plantes qui en résulteraient deviendraient plus grandes et auraient besoin de moins d'eau et d'engrais, par exemple."
Trouver les déclencheurs génétiques dans une plante qui permettent à la symbiose de se produire a été l'un des sujets les plus difficiles dans le domaine des plantes. La découverte, décrite dans Nature Plants , est venu après 10 ans de recherche à l'ORNL et dans des institutions partenaires explorant les moyens de produire de meilleures cultures de matières premières bioénergétiques telles que Populus , ou le peuplier. Le travail a été accompli grâce à des améliorations au cours de la dernière décennie dans le séquençage génomique, la génétique quantitative et le calcul haute performance, combinés à la biologie expérimentale.
Les scientifiques étudiaient la symbiose formée par certaines espèces de Populus et le champignon Laccaria bicolor (L. bicolor) . L'équipe a utilisé des ressources de supercalcul à l'Oak Ridge Leadership Computing Facility, une installation utilisateur du DOE Office of Science à l'ORNL, ainsi que des séquences de génome produites au DOE Joint Genome Institute, une installation utilisateur du DOE Office of Science au Lawrence Berkeley National Laboratory, pour réduire la recherche d'une protéine réceptrice particulière, PtLecRLK1. Une fois qu'ils ont identifié le gène candidat probable, les chercheurs se sont rendus au laboratoire pour valider leurs découvertes.
Les chercheurs ont choisi Arabidopsis , une plante qui traditionnellement n'interagit pas avec le champignon L. bicolore , et le considère même comme une menace, pour leurs expériences. Ils ont créé une version modifiée de la plante qui exprime la protéine PtLecRLK1, puis ont inoculé les plantes avec le champignon. Le champignon L. bicolore complètement enveloppé les extrémités des racines de la plante, formant une gaine fongique indiquant la formation de symbiotes.
"Nous avons montré que nous pouvions convertir un non-hôte en un hôte de ce symbiote", a déclaré le généticien quantitatif de l'ORNL, Wellington Muchero. "Si nous pouvons fabriquer Arabidopsis interagissent avec ce champignon, alors nous pensons que nous pouvons faire en sorte que d'autres cultures de biocarburants comme le panic raide ou des cultures vivrières comme le maïs interagissent également et confèrent exactement les mêmes avantages. Il ouvre toutes sortes d'opportunités dans divers systèmes végétaux. Étonnamment, un gène est tout ce dont vous avez besoin. »
"Il s'agit d'une réalisation remarquable qui pourrait conduire au développement de cultures bioénergétiques capables de survivre et de prospérer sur des terres marginales non agricoles", a déclaré le directeur du CBI, Jerry Tuskan. "Nous pourrions cibler jusqu'à 20 à 40 millions d'acres de terres marginales avec des cultures bioénergétiques robustes qui nécessitent moins d'eau, ce qui renforcerait les perspectives d'économies rurales et biosourcées prospères fournissant des alternatives durables pour l'essence et les matières premières industrielles."
