Des chercheurs identifient des gènes transporteurs de molybdate pour améliorer le rendement du soja

Dans une étude publiée dans Biologie actuelledes chercheurs ont rapporté l’identification de gènes clés contrôlant les concentrations de molybdène dans les pousses de soja et ont percé le mystère de la façon dont l’engrais au molybdène augmente le rendement du soja.

Le molybdène est un oligoélément indispensable à la croissance des plantes. Pour les légumineuses, notamment le soja, l’engrais au molybdène est particulièrement important. On suppose souvent que la forte demande de molybdène dans les légumineuses est associée à la quantité importante de molybdène nécessaire à la fixation symbiotique de l’azote. Cependant, cette hypothèse semble contredire l’application pratique de l’engrais foliaire au molybdène car la fixation de l’azote par les nodules se produit au niveau de la racine.

Le soja est la source végétale la plus importante de protéines et d’huiles alimentaires, ce qui le rend crucial pour la sécurité alimentaire mondiale et la santé humaine. Malgré l’importance du soja, les scientifiques ne savaient pas si les différentes variétés de soja présentaient une variation naturelle dans l’utilisation du molybdène et, si c’était le cas, comment une telle variation potentielle pourrait affecter la production de soja et comment ces différences pourraient être exploitées.

La recherche actuelle, impliquant le groupe de Chao Daiyin au Centre d’excellence en science moléculaire des plantes de l’Académie chinoise des sciences (CAS) et le groupe de Tian Zhixi à l’Institut de génétique et de biologie du développement de CAS, aide à répondre à ces questions.

À l’aide d’une étude d’association à l’échelle du génome et de l’iononomie, les chercheurs ont identifié deux gènes, GmMOT1.1 et GmMOT1.2, qui contrôlent la variation naturelle de l’absorption et du transport du molybdate dans le soja.

Grâce à une analyse plus approfondie, ils ont révélé cinq haplotypes majeurs de GmMOT1.1 et GmMOT1.2 dans les variétés de soja, l’haplotype 5 présentant la capacité d’expression et de transport de molybdène la plus élevée, tandis que l’haplotype 4 présentait la capacité d’expression et de transport la plus faible. Une série d’expériences génétiques et moléculaires ont ensuite indiqué que GmMOT1.1 et GmMOT1.2 sont impliqués dans l’absorption du molybdate dans les racines et dans le transport du molybdate de la racine à la pousse.

Les chercheurs ont également observé que lorsque la fonction de GmMOT1.1 et GmMOT1.2 était altérée, la teneur en molybdène et le rendement du soja étaient considérablement réduits. En revanche, l’amélioration de leur fonction a considérablement amélioré l’utilisation du molybdène et le rendement du soja.

Fait intéressant, les chercheurs ont découvert que GmMOT1.1 et GmMOT1.2 n’affectent pas la capacité de fixation de l’azote des nodules racinaires ou d’autres processus d’assimilation de l’azote dans le soja. Ils ont découvert une aldéhyde oxydase liant le molybdène dans les feuilles de soja qui catalyse la synthèse de l’auxine, et son activité catalytique dépend de la teneur en molybdène.

Lorsque la fonction de GmMOT1.1 et GmMOT1.2 est améliorée, la concentration de molybdène dans les feuilles augmente, favorisant la synthèse de l’auxine et la croissance des feuilles, augmentant ainsi le rendement du soja. Ce résultat explique parfaitement pourquoi la pulvérisation d’engrais au molybdène directement sur les feuilles peut stimuler la production de soja en agriculture.

De plus, les chercheurs ont découvert que la distribution des différents haplotypes de ces deux gènes est étroitement liée au pH du sol. Les haplotypes hyperfonctionnels sont principalement distribués dans les zones de sols acides à faible teneur en molybdène, tandis que les haplotypes hypofonctionnels ont tendance à être trouvés dans les zones de sols alcalins à haute teneur en molybdène. Ce résultat suggère que ces deux gènes peuvent être utilisés pour concevoir des marqueurs moléculaires permettant de sélectionner des variétés de soja personnalisées adaptées à différents niveaux de pH du sol.

L’étude révèle la base génétique qui sous-tend la variation naturelle de la teneur en molybdène du soja, découvre le mécanisme par lequel l’engrais foliaire au molybdène favorise le rendement du soja dans les cultures de légumineuses et identifie des marqueurs moléculaires pour la sélection personnalisée du soja en fonction du pH du sol. Dans l’ensemble, il fournit une base scientifique solide pour optimiser davantage les stratégies de culture et de sélection du soja afin de cultiver des variétés de soja efficaces en nutriments.