Le phosphore est un élément nutritif essentiel pour les plantes. Il stimule la croissance des racines, fait partie de la photosynthèse et du transfert des nutriments à travers la plante, et sans cela, la maturité est retardée et les fruits et les graines sont peu nombreux et mal formés. La bonne nouvelle est qu'il y a beaucoup de phosphore dans le sol, avec des concentrations allant de 200 à 6 000 livres par acre. La mauvaise nouvelle est que 80 % de ce phosphore est immobile et non disponible pour être absorbé par les plantes. Nous avons réussi à surmonter ce problème en ajoutant des éléments nutritifs au sol sous forme de fumier ou d'engrais chimiques. Mais l'érosion et le ruissellement des champs ont entraîné d'autres problèmes, comme la croissance d'algues dans les lacs et les cours d'eau.
Mais, aujourd'hui, il y a de bonnes nouvelles dans le monde du phosphore. Une équipe de recherche dirigée par l'Université de Washington et le Pacific Northwest National Laboratory a montré que des microbes prélevés sur des arbres poussant à côté de ruisseaux vierges alimentés par des montagnes dans l'ouest de Washington pourraient rendre le phosphore piégé dans les sols plus accessible aux cultures agricoles. Les résultats ont été publiés en octobre dans la revue Frontiers in Plant Science .
Ces bactéries sont des "endophytes", des micro-organismes vivant dans les tissus d'une plante sous forme d'endosymbiontes . Sharon Doty, professeur à l'École des sciences environnementales et forestières de l'UW, les considère comme des « probiotiques » pour les plantes. Le laboratoire de Doty a montré dans des études antérieures que les microbes peuvent aider les plantes à survivre et même à prospérer dans des environnements pauvres en nutriments — et aider à nettoyer les polluants .
Dans cette nouvelle étude, Doty et ses collaborateurs ont découvert que les microbes endophytes isolés des peupliers sauvages aidaient à débloquer le précieux phosphore de l'environnement, brisant les complexes chimiques qui avaient rendu le phosphore indisponible pour les plantes.
"Nous exploitons un partenariat naturel plante-microbe", a déclaré Doty. "Cela peut être un outil pour faire progresser l'agriculture, car il fournit ce nutriment essentiel sans nuire à l'environnement."
Le chercheur scientifique de Doty, Andrew Sher, et le chercheur de premier cycle de l'UW, Jackson Hall, ont démontré lors d'expériences en laboratoire que les microbes pouvaient dissoudre les complexes de phosphate. Des plants de peuplier inoculés avec la bactérie dans le laboratoire de Doty ont été envoyés au collaborateur Tamas Varga , spécialiste des matériaux au Laboratoire des sciences moléculaires environnementales du Pacific Northwest National Laboratory à Richland, Washington. Là, les chercheurs ont utilisé des technologies d'imagerie avancées dans leur laboratoire et dans d'autres laboratoires nationaux du Département américain de l'énergie pour fournir des preuves claires que le phosphore rendu disponible par les microbes s'est bien introduit dans les racines de la plante.
L'imagerie a également révélé que le phosphore se lie aux complexes minéraux de la plante. Les endophytes, vivant à l'intérieur des plantes, sont particulièrement bien placés pour redissoudre ces complexes, maintenant potentiellement l'approvisionnement en ce nutriment essentiel.
Alors que les travaux précédents dans le laboratoire de Doty a démontré que les endophytes peuvent fournir de l'azote, obtenu à partir de l'air, aux plantes, de telles preuves directes de plantes utilisant du phosphore dissous par des endophytes n'étaient auparavant pas disponibles.
Les bactéries utilisées dans ces expériences provenaient de peupliers sauvages poussant le long de la rivière Snoqualmie dans l'ouest de Washington. Dans cet environnement naturel, les peupliers sont capables de prospérer sur les rives rocheuses, malgré la faible disponibilité de nutriments comme le phosphore dans leur habitat naturel. Les microbes aident ces arbres à capturer et à utiliser les nutriments dont ils ont besoin pour leur croissance.
Ces résultats peuvent être appliqués aux cultures agricoles, qui sont souvent assises sur une abondance inutilisée de phosphore « hérité » qui s'est accumulé dans le sol d'années d'application d'engrais. Les microbes pourraient être appliqués dans le sol parmi les jeunes plantes cultivées, ou en tant que revêtement sur les semences, aidant à débloquer le phosphore retenu captif et le rendant disponible pour que les plantes poussent. Réduire l'utilisation d'engrais et utiliser des endophytes, comme ceux étudiés par Doty et Varga, ouvre la porte à une production alimentaire plus durable.
"C'est quelque chose qui peut facilement être étendu et utilisé dans l'agriculture", a déclaré Doty.
UW a déjà autorisé les souches endophytes utilisées dans cette étude à Intrinsyx Bio, une société californienne travaillant à commercialiser une collection de microbes endophytes. Les preuves directes fournies par les recherches de Doty et Varga sur l'absorption du phosphore favorisée par les endophytes "changent la donne pour nos recherches sur les cultures", a déclaré John Freeman, directeur scientifique d'Intrinsyx Bio.
Cette recherche a été financée par la Fondation Byron et Alice Lockwood et le Bureau des sciences du Département américain de l'énergie.
Matériaux du communiqué de presse de l'Université de Washington avec des modifications et des ajouts par Kathy Voth.
