La prochaine vague d'innovations en phytotechnie pourrait provenir non pas du croisement de plantes ou de la reprogrammation de leurs gènes, mais en peaufinant les microbes qui y vivent, sur et autour d'eux.
Oui, les plantes ont des microbiomes, trop, et ces milliards de minuscules auto-stoppeurs peuvent les aider à grandir et à combattre les agents pathogènes envahissants. Les chercheurs tentent de comprendre ces communautés microbiennes et de les ajuster pour aider les plantes à devenir plus résistantes à la sécheresse, chaleur et infection. Alors que les maladies des cultures se propagent en raison de la mondialisation et du changement climatique, les plantes résistantes aux maladies avec des microbiomes fortifiés peuvent devenir vitales pour assurer un approvisionnement alimentaire stable pour une population humaine croissante.
« Je pense que l'avenir, c'est d'équiper les plantes de plantes naturelles, microbiomes productifs et équilibrer toute la communauté, " dit Tomislav Cernava, un microbiologiste à l'Université de technologie de Graz en Autriche.
Les microbes associés aux plantes sont un domaine de recherche fertile depuis des décennies. Les chercheurs en plantes ont identifié des microbiomes dans le sol, qui peut aider les plantes à acquérir des nutriments tels que l'azote et les champignons associés aux racines qui peuvent aider les plantes à communiquer entre elles. Mais des recherches récentes ont également jeté un coup d'œil à l'intérieur des graines pour en savoir plus sur les microbes qui s'y blottissent.
Cernava et son équipe ont décrit le microbiome des graines de riz dans un nouvel article publié en janvier dans Plantes naturelles . Son équipe ne cherchait pas seulement un microbiome partout où elle pouvait en trouver un, cependant, il essayait de résoudre une énigme.
Des scientifiques chinois avaient découvert que certains plants de riz de la province côtière du Zhejiang étaient défaillants à cause d'une infection par une bactérie appelée Burkholderia plantarii , tandis que d'autres étaient immunisés. Les plantes auraient dû être identiques; ils avaient été cultivés à partir du même cultivar, ou de tension, de graines et étaient des jumeaux génétiques.
A y regarder de plus près, Cernava a découvert que les plantes sensibles à l'infection avaient un microbiome de graine différent. Spécifiquement, les plantes sensibles avaient des quantités plus faibles d'un groupe de bactéries appelé Sphingomonas , qui a tenu à distance les bactéries pathogènes en produisant un acide qui a empêché les envahisseurs de fabriquer du tropolone, un produit chimique qui retarde la croissance des plants de riz.
L'immunité contre l'infection pourrait être transférée aux plantes sensibles en ajoutant plus de Sphingomonas à leur microbiome ou en ajoutant l'acide protecteur directement à la plante sensible.
C'est cette dernière étape qui réveille les oreilles de certains chercheurs :transférer l'immunité en modifiant le microbiome, surtout à l'état sauvage, a été une cible difficile à atteindre. « C'est l'un des rares cas où cela fonctionne réellement sur le terrain, " dit Sheng-Yang He, un biologiste végétal de l'Université Duke qui n'a pas participé à l'étude.
Les chercheurs ont déjà observé une immunité protectrice contre les bactéries et isolé l'espèce responsable. Mais quand vient le temps d'utiliser les bactéries comme une intervention dans un système plus compliqué avec des bactéries sauvages et des plantes sauvages, ça ne marche souvent pas, dit-il, peut-être parce que les conditions environnementales, ou communautés microbiennes résidentes, sont différents.
Chaque espèce n'est qu'une partie d'une communauté de microbiome beaucoup plus vaste, qui peut affecter la façon dont il interagit avec les plantes, selon Matt Agler, chercheur en microbiome végétal à l'université Friedrich Schiller d'Iéna en Allemagne.
Comprendre comment une communauté microbienne travaille ensemble est vital pour les chercheurs et les agriculteurs qui espèrent exploiter le microbiome, dit Agler. Alors que des espèces individuelles peuvent avoir des effets particuliers, il existe de nombreuses menaces auxquelles une plante peut faire face, et différents microbes pourraient aider les plantes dans différents scénarios. "On ne sait jamais ce qui s'en vient cette saison de croissance, », ajoute Agler.
Si les chercheurs peuvent trouver des moyens de naviguer dans ces complexités, le microbiome pourrait devenir un terrain fertile pour un large éventail d'interventions visant à consolider l'approvisionnement alimentaire. Cela pourrait s'avérer crucial. Même si les humains ont sélectionné des plantes pour produire des caractéristiques plus désirables pendant 10 ans, 000 ans, les interventions d'aujourd'hui se produisent principalement en laboratoire grâce à des techniques de génie génétique qui se heurtent à l'opposition d'un nombre important d'Américains. Dans une enquête du Pew Research Center en 2016, 39 pour cent des personnes interrogées pensaient que les OGM étaient pires pour leur santé que les autres aliments, malgré le fait que la plupart des scientifiques conviennent qu'ils sont en sécurité.
Les ajustements aux microbiomes végétaux peuvent être une approche beaucoup moins controversée, disent les chercheurs. « Oubliez le génie génétique, ", dit Duke's He. « Si nous pouvons transplanter ce genre de communauté [microbienne] à des plantes qui n'ont normalement pas cette communauté, ne serait-ce pas merveilleux ?
Il existe déjà des entreprises qui exploitent le pouvoir des microbes pour les agriculteurs, vendre des bactéries et des champignons sous forme de pesticides organiques ou de graines enrobées de bactéries utiles pour apporter des nutriments.
Mais depuis Sphingomonas les bactéries vivent réellement à l'intérieur des graines de riz, l'immunité qu'il procure peut être transmise de génération en génération de plants de riz. La modification des microbiomes intérieurs pourrait ressembler davantage à une opération ponctuelle, mesure préventive, plutôt qu'un médicament à utiliser en permanence.
Cernava pense que le travail de son équipe pourrait un jour être disponible commercialement pour aider à protéger les cultures de riz, et il espère que la nature pourra continuer à inspirer de nouvelles innovations en agriculture.
« Je pense qu'à l'avenir, " il dit, "Nous devrions essayer d'apprendre de la nature."
