Une étude révèle que la chaleur affaiblit le système immunitaire des plantes
Les scientifiques du monde entier s'interrogent sur les raisons pour lesquelles les défenses des plantes contre les agents pathogènes s'affaiblissent lorsque les températures augmentent. Cependant, la solution pourrait bien se trouver dans la génétique.
Les scientifiques s'efforcent depuis longtemps de comprendre pourquoi les plantes deviennent plus vulnérables aux maladies lorsque les températures augmentent.
Alors que des recherches sur le sujet sont en cours, un groupe de chercheurs issus d’universités du monde entier a cherché des moyens de restaurer la capacité des plantes à se défendre contre les agents pathogènes par temps chaud.
À mesure que le changement climatique s'accélère, nous allons être contraints d'apprendre des choses en laboratoire et de les mettre en pratique sur le terrain plus rapidement. Je ne vois pas comment nous pourrons y parvenir sans une plus grande acceptation des plantes génétiquement modifiées.
« Les plantes sont beaucoup plus sujettes aux infections par temps chaud car leur niveau d’immunité de base est réduit », a déclaré Sheng-Yang He, biologiste végétal à l’université Duke qui a dirigé l’équipe de recherche. « Nous voulions donc savoir comment les plantes ressentent la chaleur. Et pouvons-nous réellement y remédier pour rendre les plantes résistantes à la chaleur ? »
L'étude, publiée dans Nature, s'est concentrée sur Arabidopsis thaliana, une modeste mauvaise herbe communément appelée « cresson de souris », considérée comme le « cobaye des plantes » par les biologistes végétaux. Arabidopsis thaliana pousse en abondance sur les bords de route, les chemins dégagés et les terrains vagues, et est utilisée dans des expériences partout dans le monde en raison de son cycle de vie court et de son génome court et facile à modifier.
Voir aussi : L'étude des réactions des plantes aux facteurs de stress environnementaux, clé d'une agriculture durableLes scientifiques ont indiqué que la principale hormone de défense de l’Arabidopsis thaliana est l’acide salicylique, utilisé par de nombreuses plantes, y compris les principales cultures, pour résister aux maladies. Cependant, la production d’acide salicylique peut être perturbée lorsque les températures augmentent de quelques degrés.
« Les conditions météorologiques extrêmes associées au changement climatique affectent de nombreux aspects de la vie végétale et animale, y compris la réponse aux maladies infectieuses », ont écrit les chercheurs. « La production d’acide salicylique, une hormone de défense centrale chez les plantes, est particulièrement vulnérable à la suppression par de courtes périodes de chaleur dépassant la plage de température normale de croissance des plantes, via un mécanisme inconnu. »
Après des années de travaux en laboratoire, les chercheurs ont isolé le gène CBP60g, qui peut bloquer la production de l'hormone acide salicylique chez les plantes lorsque les températures augmentent, neutralisant ainsi leur mécanisme de défense. La solution a consisté à contourner génétiquement ce gène afin de restaurer la défense de la plante à des températures plus élevées.
« Il s’agit d’un effort qui s’est étendu sur plusieurs années et a impliqué plusieurs institutions », a déclaré à Olive Oil Times Christian Danve Castroverde, biologiste à l’université Wilfrid Laurier au Canada et coauteur de l’étude.
« En 2013, [nous] avons découvert que de courtes périodes de températures élevées avaient un impact considérable sur les défenses hormonales des plantes Arabidopsis contre l’infection par une bactérie appelée Pseudomonas syringae », a-t-il ajouté. « Après plusieurs années supplémentaires, nous avons finalement réussi à identifier la base moléculaire expliquant comment l’immunité d’Arabidopsis est supprimée par des conditions de température élevée. »
Les chercheurs ont contourné le gène en laboratoire en ajoutant un « promoteur ». Cette courte séquence d’ADN force le gène à se transcrire (copier la séquence d’ADN dans une molécule d’ARN), rétablissant ainsi la capacité d’Arabidopsis thaliana à produire l’hormone acide salicylique.
« En incluant le récepteur de l’acide salicylique et les gènes biosynthétiques, l’expression optimisée de CBP60g a suffi à restaurer largement la production d’acide salicylique, l’immunité basale et l’immunité déclenchée par des effecteurs à la température de croissance élevée, sans compromis significatifs en termes de croissance », ont écrit les chercheurs.
Voir aussi : Des chercheurs s’efforcent d’identifier les variétés d’olivier les mieux adaptées aux températures élevéesL'équipe a commencé à tester la modification génétique sur des cultures vivrières telles que le colza. Elle prévoit également de mener des expériences sur d'autres cultures, notamment le blé et la pomme de terre. Cependant, M. Castroverde a déclaré qu'un travail de recherche sur le terrain considérable était nécessaire avant d'appliquer cette solution à grande échelle.
« De nombreuses plantes possèdent des gènes de type CBP60g, et beaucoup d’entre elles ont la capacité de produire de l’acide salicylique », a-t-il déclaré. « Il semble que les plantes disposent déjà d’une arme dans leur arsenal. Notre défi consiste désormais simplement à exploiter ce potentiel. En ce qui concerne les applications agricoles, je pense que nous devons attendre d’obtenir des résultats concluants lors des essais sur le terrain. »
Néanmoins, la solution spécifique proposée par l’équipe de recherche pour restaurer le système immunitaire des plantes présuppose que les consommateurs soient prêts à accepter davantage de manipulations génétiques de leurs aliments.
« À mesure que le changement climatique s’accélère, nous allons être sous pression pour faire des découvertes en laboratoire et les transposer sur le terrain plus rapidement », a déclaré Marc Nishimura, expert en immunité végétale à l’université d’État du Colorado, qui n’a pas participé à cette recherche. « Je ne vois pas comment nous pourrions y parvenir sans une plus grande acceptation des plantes génétiquement modifiées. »
Une autre étude publiée en juin par des chercheurs de l’Université chinoise de Hong Kong a averti que les rendements agricoles pourraient diminuer de 20 % à l’échelle mondiale d’ici 2050 en raison de la pollution par l’ozone et des effets du changement climatique
Malgré leur succès dans la restauration de la défense de l’Arabidopsis thaliana contre la chaleur, les chercheurs ont souligné que le manque de connaissances sur la manière dont le réchauffement climatique influence l’efficacité du système immunitaire des plantes constituait « une préoccupation majeure pour la productivité agricole future, la préservation des écosystèmes et l’émergence de nouvelles pandémies de maladies végétales ».
Ils ont toutefois ajouté que leurs résultats laissaient entrevoir une meilleure résistance des cultures à l’avenir.
« Nous avons réussi à rendre l’ensemble du système immunitaire de la plante plus robuste à des températures élevées », a déclaré He, le biologiste végétal de Duke. « Si cela s’avère également vrai pour les plantes cultivées, c’est une avancée majeure, car nous disposerions alors d’une arme très puissante. »