Plantes embêtantes comme le chanvre d'eau, herbe à cheval, et le cheatgrass ont fait leur chemin dans les cultures et les parcours partout dans le monde. Avec leur présence croissante et prolifique, les mauvaises herbes font souvent pousser les cultures hautes et grêles, conduisant à un faible rendement des cultures. Herbe à cheval, par exemple, Il a été démontré qu'il réduisait les rendements du soja de 83 pour cent.
Les herbicides peuvent aider à combattre le problème, mais une résistance croissante aux produits chimiques rend la gestion des mauvaises herbes de plus en plus difficile.
Ian Heap est un spécialiste des mauvaises herbes qui dirige weedscience.org, un site Web qui suit la résistance aux herbicides dans le monde. Plus de 400 scientifiques alimentent les données de Heap sur lesquelles les mauvaises herbes sont devenues immunisées contre les herbicides.
« L'agriculteur est à court d'options, " dit Heap,
C'est pourquoi certains scientifiques ont commencé à penser plus petit. Microscopique, même.
Au cours des dix dernières années, quelques dizaines de scientifiques se sont tournés vers la génomique pour comprendre pourquoi certaines mauvaises herbes ont développé une résistance aux herbicides ou sont devenues plus envahissantes.
Au cours des dix dernières années, quelques dizaines de scientifiques se sont tournés vers la génomique pour comprendre pourquoi certaines mauvaises herbes ont développé une résistance aux herbicides ou sont devenues plus envahissantes. Le temps consacré à la génomique sous les projecteurs est en grande partie dû au buzz médiatique autour du projet du génome humain, un effort international massif consacré à percer les secrets de l'ADN humain. Mais les plantes ont des génomes, trop.
Mettre tout simplement, un génome est le modèle de la lignée d'un organisme - les traits transmis du parent à la progéniture. Il est généralement codé dans l'ADN. En utilisant différentes techniques de séquençage de l'ADN, certains ont partiellement ou entièrement cartographié divers génomes de mauvaises herbes cultivées. Et bien que l'effort coûteux ne puisse pas offrir de réponses immédiates aux problèmes auxquels les agriculteurs sont confrontés sur le terrain, il peut fournir des données pour fabriquer des herbicides plus efficaces sur toute la ligne.
Le chanvre d'eau est une mauvaise herbe qui cause des problèmes considérables aux agriculteurs du Midwest. Originaire des zones marécageuses de l'Illinois et du Missouri, le grand, l'herbe dressée aux fleurs discrètes a trouvé une nouvelle place dans les champs de soja et de maïs de la région. Il y a vingt ans, la plupart des habitants de l'Illinois " n'avaient même jamais entendu parler du chanvre d'eau, " dit Patrick Tranel, un spécialiste des mauvaises herbes de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. "Maintenant, c'est la pire des mauvaises herbes.
Le chanvre d'eau produit des millions de graines et germe plusieurs fois au cours d'une saison de croissance. Cela lui a conféré une diversité génétique remarquable. Il a une capacité rapide et rusée à s'adapter à son environnement, et a même développé une résistance à l'ingrédient actif – le glyphosate – de l'herbicide Roundup de Monsanto. « Vous ne pouvez pas pulvériser votre champ une seule fois et résoudre le problème du chanvre d'eau. La prochaine fois qu'il pleuvra plus viendra, », dit Tranel.
Une capture d'écran de weedscience.org.
De retour en 2009, Le laboratoire de Tranel a séquencé au hasard le génome du chanvre d'eau pour rechercher des gènes qui pourraient être impliqués dans la résistance aux herbicides – cela signifie qu'ils n'ont séquencé que des parties du génome, plutôt que le tout. Cartographier l'ensemble du génome était (et est) trop coûteux, mais l'approche du fusil de chasse a donné suffisamment d'informations sur la constitution génétique du chanvre d'eau pour tester des mutations spécifiques qui annulent les effets du glyphosate et d'autres herbicides. Bien que Tranel souhaite cartographier l'ensemble du génome du chanvre d'eau, un manque de financement disponible et des techniques de séquençage de l'ADN abordables rendent sa réalisation difficile.
La résistance au glyphosate n'est pas unique au chanvre d'eau ; près de 30 espèces de mauvaises herbes dans le monde ne répondent plus au Roundup. Bien que seulement une poignée de mauvaises herbes causent de graves dommages aux agriculteurs, comprendre quels gènes sont responsables de cette adaptation évolutive est essentiel pour la gestion future des mauvaises herbes.
Neal Stewart s'en est rendu compte très tôt, et lorsque l'herbe à cheval résistante au glyphosate a fait son chemin vers le Tennessee en 2002, son intérêt a été piqué. En 2005, le laboratoire du phytologiste de l'Université du Tennessee a commencé à coder le génome de l'algue. Au cours des années, une grande partie du financement de Stewart provient de Monsanto, du département américain de l'Agriculture (USDA) et du Tennessee Soybean Promotion Board.
Horseweed sera la première mauvaise herbe cultivée à avoir tout son génome séquencé, avec Stewart espérant publier ses résultats plus tard cette année.
Les agriculteurs utilisent Roundup sur des millions d'acres de terres cultivées aux États-Unis et dans le monde, sa portée surpassant de loin tout autre herbicide fréquemment utilisé. Bien que le laboratoire de Stewart dirige le travail, des scientifiques de partout, y compris ceux de Monsanto, auront accès à l'information génétique lorsqu'elle sera rendue publique.
« En étudiant les mécanismes de résistance, nous espérons comprendre ce genre de faiblesses au profit des agriculteurs, " dit Doug Sammons, un chimiste de Monsanto qui s'est associé à Stewart au cours des dix dernières années. Les informations génomiques de la mare à cheval aideront probablement à déterminer les meilleures méthodes de gestion de la mauvaise herbe plutôt que de simples découvertes de nouveaux herbicides.
Bien que la cartographie des génomes des mauvaises herbes aide les scientifiques à en savoir plus sur la résistance aux herbicides, toutes les mauvaises herbes ne sont pas de bons candidats pour le séquençage. Certains, comme le tricheur, avoir une quantité massive de gènes dans son génome, ce qui rend la cartographie tout simplement trop coûteuse compte tenu de la technologie actuelle.
'Maïs, humains, et le tricheur ont tous des génomes à peu près de la même taille, " dit Craig Coleman, un spécialiste des mauvaises herbes à l'Université Brigham Young. « Donc, c’est très complexe. »
"Maïs, humains, et le tricheur ont tous des génomes à peu près de la même taille, " dit Craig Coleman, un spécialiste des mauvaises herbes à l'Université Brigham Young à Provo, Utah qui étudie l'herbe depuis plus de dix ans. "C'est donc très complexe."
La mauvaise herbe des parcours fait des ravages particuliers dans les États de l'ouest comme l'Idaho, Utah, Nevada, Colorado, Arizona et Nouveau-Mexique, et est une source majeure de combustible pour les feux de parcours. Toujours, le séquençage du génome du cheatgrass « ne m'a jamais traversé l'esprit », dit Coleman.
Au lieu, Coleman et ses collaborateurs du service forestier de l'USDA ont cartographié le génome d'un champignon qu'ils appellent « les doigts noirs de la mort, ” pour les fils noirs du pathogène qui engloutissent et détruisent les graines de triche, mais n'affecte pas les autres cultures. Les informations génétiques des champignons ont aidé les scientifiques à identifier certains gènes qui pourraient produire des toxines tueuses de graines.
Mais la génomique n'est pas une pilule magique. Même si nous connaissions les informations génétiques sur chaque mauvaise herbe que nous connaissons maintenant, cela ne résoudrait pas le problème. Adaptatif par nature, de nouvelles mauvaises herbes comme le chanvre d'eau feront surface. Les agriculteurs doivent utiliser des ressources comme le site Web de Heap, les progrès génétiques et les techniques traditionnelles de gestion des mauvaises herbes comme le travail du sol et même le désherbage manuel pour lutter contre les ravageurs.
Pour l'instant, les scientifiques attendent avec impatience moins cher, amélioration de la technologie de séquençage de l'ADN pour aider à faire avancer leurs projets.
« L'USDA s'intéresse définitivement à la génomique des mauvaises herbes, " dit David Horvath, un scientifique des plantes de recherche avec l'organisation. Sur son radar se trouve la technologie de Pacific Biosystems et d'Oxford Nanopore Technology, deux sociétés qui produisent une technologie qui pourrait rendre le travail de séquençage plus facile et plus précis.
En attendant, les agriculteurs se retrouvent avec les herbicides actuels.
« Les mauvaises herbes sont des plantes sauvages, ce ne sont pas des plantes de laboratoire, », dit Horvath. Donc "ils sont juste plus difficiles à travailler".
Le rêve? Ce travail effectué par son laboratoire et d'autres scientifiques aidera les entreprises chimiques à développer des herbicides qui ciblent des gènes spécifiques, semblable au développement de médicaments de synthèse dans l'industrie pharmaceutique.
"C'est notre espoir à long terme, », dit Horvath.
(Crédit photo :utilisateur de Flickr Robb Hannawaker/CC2.0)
