Des chercheurs découvrent le moment optimal du crépuscule pour la croissance des plantes

Une équipe de chercheurs a acquis des connaissances sur les processus génétiques qui sous-tendent la manière dont les plantes détectent le crépuscule et sur le rôle que joue le crépuscule dans la croissance des plantes.

« Nous avons obtenu des résultats surprenants selon lesquels le crépuscule a un effet très pertinent sur les caractéristiques agricoles clés telles que la période de floraison et la croissance », explique R. Glen Uhrig, professeur associé au Département des sciences biologiques.

Pour l’étude, les chercheurs ont simulé des conditions de crépuscule dans une chambre de croissance contrôlée et ont surveillé les réactions de la plante Arabidopsis, une plante modèle et parente du canola. Les résultats sont publiés dans la revue Progrès scientifiques.

Ils ont exposé les plantes à des durées de crépuscule progressivement croissantes (de 0 à 90 minutes) et ont noté que les plantes devenaient plus grandes, avec plus de fleurs et plus de biomasse avec un crépuscule de 30 minutes par rapport à des durées plus courtes ou plus longues – une découverte qui est incroyablement prometteuse pour la sélection agricole et la croissance des plantes horticoles, dit Uhrig.

Les cultures cultivées dans les champs pourraient être sélectionnées pour mieux s’adapter aux conditions de crépuscule, en adaptant le moment de la récolte et en augmentant le rendement des cultures, un problème auquel l’agriculture mondiale est confrontée dans un contexte de changement climatique. Pour les exploitations agricoles verticales ou les serres horticoles, des changements dans les conditions d’éclairage pour intégrer le crépuscule pourraient produire des résultats positifs similaires et augmenter les rendements, note-t-il.

Pendant des décennies, la photopériode (la période de temps au cours d’une journée pendant laquelle une plante est exposée à la lumière) et la température étaient deux variables environnementales clés censées affecter la croissance des plantes, mais on ne savait pas grand-chose sur l’impact du crépuscule en raison de limitations techniques : il n’était pas possible de simuler les conditions de crépuscule suffisamment précisément pour obtenir des informations précises.

Les progrès technologiques permettent désormais d’étudier le crépuscule en tant que variable environnementale. Uhrig et son équipe ont utilisé des équipements de G2V Optics pour créer des « recettes » de lumière LED à six bandes (combinaisons particulières de longueurs d’onde et d’intensités lumineuses) avec une intensité lumineuse entièrement programmable dans une chambre de croissance.

« Nous voulions comprendre comment les plantes réagissent au crépuscule, qui correspond essentiellement à l’augmentation de la lumière le matin et à la diminution de la lumière le soir, pour voir comment cela affecte leur croissance et leur développement. »

Les chercheurs ont mesuré les plantes en capturant des images avec une caméra aérienne et en les traitant à l’aide d’un logiciel d’analyse d’images pour analyser leur croissance au fil du temps, ainsi qu’une série d’outils d’analyse moléculaire avancés.

Comme l’explique Uhrig, deux phénomènes clés se produisent chez les plantes au crépuscule : la détection de la lumière et la photosynthèse. La détection de la lumière intervient en premier et, lorsqu’une certaine intensité lumineuse se produit, elle déclenche la photosynthèse. Alors que les plantes sont devenues plus grandes et ont fleuri davantage en réponse aux conditions de crépuscule construites pour l’étude, ces mesures de croissance ont réagi légèrement différemment aux différents temps d’exposition, ce qui suggère que le crépuscule a un impact complexe sur la croissance et le développement des plantes.

« Nous pensons que c’est là qu’intervient le crépuscule, qui sépare la détection de la lumière par la plante, qui pourrait être davantage associée à la période de floraison, de la photosynthèse, qui est davantage associée à la croissance. »

Ils ont exploré plus en détail les mécanismes moléculaires à l’origine des réponses observées en étudiant une lignée végétale déficiente en gènes et dont l’horloge circadienne est altérée. « La croissance et le développement des plantes sont régis au plus haut niveau par l’horloge circadienne », explique Uhrig.

« Il se passe quelque chose d’incroyablement intéressant dans cette période crépusculaire qui n’avait jamais été observé auparavant. »

Uhrig reconnaît les contributions exceptionnelles des deux chercheurs postdoctoraux qui ont co-écrit l’article : Sabine Scandola, aujourd’hui chercheuse à Agriculture et Agroalimentaire Canada, et Devang Mehta, aujourd’hui professeur à la KU Leuven.