Sécheresses

Sécheresse et autres "stress"

Une adaptation rapide et souple de l'agriculture aux changements climatiques importants et imprévisibles qui sont en marche, va nous obliger à utiliser les biotechnologies vertes en compléments des méthodes traditionnelles pour accélérer la sélection végétale.
Les plantes ont développé de nombreuses stratégies pour s’adapter à des environnements divers. Les effets de l’évolution naturelle et de la sélection agricole ont contribué à adapter chaque espèce de plante cultivée (maïs, orge, riz, haricot, lentille, etc. …) à un contexte climatique et édaphique particulier et relativement restreint. Les exigences de l’orge et du riz ne sont de toute évidence pas les mêmes, la première céréale est très bien adaptée à des régions sèches et froides et l’autre, même pour les variétés cultivées sans irrigation, est mieux adaptée aux climats humides et chauds.
Le terme de « stress » couvre toutes les catégories de conditions extrêmes auxquelles peuvent être soumises les plantes cultivées : sécheresse, froid, chaleur, excès d’eau, salinité & bien entendu tous les prédateurs, parasites et maladies bactériennes, fongiques et virales.

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Au sein d’une espèce donnée et des espèces apparentées il existe une variabilité génétique exploitable, si ce n’est déjà exploitée, que l’ont peut utiliser pour augmenter la tolérance à un stress donné. La génomique et la transgénèse (OGM) ont contribué à faciliter l’intégration de caractères de résistance au stress, en raccourcissant le temps nécessaire pour obtenir une nouvelle variété et, surtout en permettant l’intégration de caractères intéressants provenant de plantes non apparentées taxonomiquement ; nous en donnons ici brièvement un exemple.

Maïs résistant à la sécheresse¹.

En Afrique la production de maïs peut varier du simple au double entre une année sèche (1992 : 12,5 million de tonne) et une année normale (1993 : 23,5 million de tonnes). On voit bien que même si toutes les autres conditions sont optimales de telles variations peuvent entraîner des déficits alimentaires graves. Si l’on ajoute à cela l’augmentation de la population qui va se poursuivre ces prochaines années, le problème est réel. Plusieurs programmes de recherche sont en cours pour développer des variétés résistantes. L’approche du problème doit être multifactorielle : On estime que 25% des pertes dues à la sécheresse pourraient être compensées par une amélioration génétique, 25% par une amélioration des techniques culturales (par ex. cultures sans labour) et 50% par l’irrigation. En ce qui concerne la génétique les semenciers pratiquent une approche en trois temps :

1. un tri attentif des hybrides montrant une tolérance exceptionnelle à la sécheresse (déjà disponibles)
2. une sélection assistée par marqueur (MAS – 2 à 3 ans)
3. utilisation de la transgenèse (5 à 10 ans)

Deux publications de chercheurs de la firme Monsanto montrent quelles sont les approches possibles pour augmenter la résistance aux stress.
La première des ces approches [1] met en jeu l’utilisation d’une sub-unité d’un facteur de régulation nucléaire². Le réponse à un stress implique la mise en œuvre de plusieurs voies de signalisation (réponse à l'éthylène, à l'acide absicissique, etc…), d'où la nécessité d'utiliser un signal général permettant le contrôle simultané de toutes ces voies. C'est le rôle de NF-Y et en particulier de sa sub.unité B. Le gène ZmNF-YB2 de Zea mays est placé sous le contrôle du promoteur de l'actine d'Oryza sativa (OsRACT::ZmNF-YB2). En essais en champ, sous l'effet d'un important stress hydrique qui diminue le rendement de 50%, les maïs transgéniques (en fait cisgéniques) se comportent mieux que les plantes contrôle isogéniques (parfois jusqu'à 50% selon les années.
La deuxième approche [2] utilise un gène bactérien (CspB de Bacillus subtilis) codant pour une protéine chaperonne de RNA appelée CSP Cold Shock Protein³. Cette dernière approche permet, chez le maïs (événement CspB-Zm), dans des test de croisements hybrides sur 3 ans, des gains de 10 à 15% en condition stress hydrique (déficit en eau). Cette protéine confère aussi une résistance au riz et à Arabidopsis.

Bibliography

1. Donald E. Nelson et al, Plant nuclear factor Y (NF-Y) B subunits confer drought tolerance and lead to improved corn yields on water-limited acres, PNAS (2007) 104:16450-16455

2. Castiglioni P et al. . Bacterial RNA chaperones confer abiotic stress tolerance in plants and improved grain yield in maize under water-limited conditions. Plant Physiol (2008) 147, 446-455

Footnotes

1. Tolérance à la sécheresse chez le maïs, document publié par l'ISAAA

2. Un facteur de régulation nucléaire est une protéine qui se lie dans le noyau cellulaire à des domaines d’ADN au niveau des promoteurs géniques, modifiant ainsi l’expression d’un groupe de gènes

3. Une protéine chaperonne a une fonction de protection, soit vis à vis d'un groupe de protéines ou d'acides ribonucléiques en permettant à ces molécules de (re-)prendre ou de garder une configuration tridimensionnelle correcte lors d'un stress