Un supplément de fer aide le blé stressé à devenir gros et fort

Des chercheurs dirigés par Keiichi Mochida du Centre RIKEN pour la science des ressources durables (CSRS) au Japon ont découvert que des périodes prolongées de stress élevé entraînent une carence en fer et un retard de croissance des cultures de blé. Des expériences montrent que la réduction de la carence en fer grâce à une molécule organique synthétique appelée PDMA entraîne une meilleure croissance et des plantes plus saines.

Ces résultats sont une bonne nouvelle pour les agriculteurs et les consommateurs et pourraient conduire à des traitements au champ qui amélioreraient la production de blé pendant les périodes de chaleur prolongées. L’étude est publiée dans la revue Communications naturelles.

L’une des plus grandes craintes du changement climatique actuel est que des périodes de chaleur prolongées perturbent la production alimentaire. Même un réchauffement modéré peut réduire le rendement des cultures céréalières de saison fraîche comme le blé, une étude mondiale estimant que la production de blé diminue de 6 % pour chaque augmentation de 1°C.

Non seulement ces cultures font moins de photosynthèse et produisent des grains de céréales plus petits, mais les céréales sont également moins nutritives. Alors que la plupart des recherches sur la façon dont les plantes s’adaptent au stress thermique se sont concentrées sur le stress aigu (températures très élevées sur quelques jours), Mochida et son équipe ont estimé que la plus grande menace posée par le changement climatique était des périodes prolongées de températures modérément élevées.

Les chercheurs ont caractérisé ce qui arrive au blé panifiable après deux semaines de stress thermique modéré. Comparés au blé cultivé à des températures normales, les plants de blé stressés pesaient moins et les analyses ont indiqué qu’ils effectuaient moins de photosynthèse. En vérifiant les carences en nutriments, les chercheurs ont découvert que les feuilles des plantes soumises au stress thermique contenaient moins de la moitié de la quantité normale de fer. Leur retard de croissance pourrait-il être le résultat d’une carence en fer ?

Génétiquement, le blé est complexe. Pour approfondir les détails biologiques, les chercheurs se sont tournés vers une graminée génétiquement plus simple appelée faux brome pourpre (Brachypodium distachyon), qui est souvent utilisée comme plante modèle pour les études sur les cultures céréalières.

En règle générale, les plantes modèles pour les expériences proviennent de biobanques qui stockent des spécimens spécifiques qui peuvent ensuite être utilisés par des chercheurs du monde entier, garantissant ainsi une génétique cohérente à chaque fois. Pour un modèle largement utilisé comme B. distachyon, les biobanques contiennent de nombreux échantillons individuels, chacun avec un nom de code et sa propre génétique légèrement différente, tout comme les humains.

Lors d’expériences, l’herbe modèle a réagi au stress thermique presque de la même manière que le blé. Mais le degré d’affection de l’herbe variait d’un échantillon à l’autre, tout comme la carence en fer. Par exemple, l’échantillon d’herbe Bd21 avait une biomasse extrêmement faible, des feuilles très jaunes et 91 % moins de fer que les plantes cultivées à des températures normales. D’un autre côté, l’échantillon Bd21-3 présentait des symptômes un peu plus légers et une carence en fer de seulement 61 %.

Avec le génome plus simple, les chercheurs ont pu comparer ces deux échantillons de graminées modèles et identifier BdTOM1, le gène responsable de la différence.

Les plantes ne peuvent pas extraire le fer du sol tel quel. Au lieu de cela, ils fabriquent des composés organiques appelés acides muginéiques et les déversent dans le sol. Une fois que ces composés se lient au fer présent dans le sol, les plantes peuvent alors l’absorber par leurs racines. Le gène BdTOM1 est responsable de la fabrication des acides muginéiques.

L’analyse a montré qu’après deux semaines de stress thermique, l’échantillon d’herbe Bd21-3 contenait beaucoup plus d’acide désoxymuginéique dans ses racines que le Bd21, expliquant pourquoi le Bd21 présentait une plus grande carence en fer et indiquant que les variations de BdTOM1 conduisaient probablement à des variations de sensibilité au stress thermique.

Les chercheurs ont ensuite estimé qu’ils pourraient atténuer la carence en fer et améliorer la croissance en donnant aux plantes sensibles à la chaleur davantage d’acide désoxymuginéique. Ils ont testé cette hypothèse sur l’herbe modèle et sur le blé en utilisant un acide désoxymuginéique synthétique appelé PDMA. Leur hypothèse était correcte ; sous stress thermique, le traitement au PDMA a conduit à une amélioration de la photosynthèse et de la biomasse, à condition que la concentration de PDMA ne soit pas trop élevée.

Mochida est optimiste quant à la possibilité de tester ces résultats sur le terrain. “À court terme”, dit-il, “cette recherche propose une nouvelle approche pour améliorer la tolérance des cultures au stress thermique, démontrant le potentiel d’optimisation de l’absorption du fer et d’amélioration de la productivité agricole.”

“À long terme, les efforts de sélection ciblant les gènes impliqués dans l’homéostasie des nutriments pourraient contribuer à la sécurité alimentaire et à l’agriculture durable, en tenant compte des scénarios climatiques, des besoins sociétaux et de la concurrence pour les ressources entre secteurs tels que l’agriculture et l’énergie.”