La recherche en génomique canadienne nous rapproche des végétaux fabriquant leur propre engrais

Pour paraphraser Krzysztof Szczyglowski, « c’est le Graal! » En disant cela, ce chercheur d’Agriculture et Agroalimentaire Canada évoque la découverte du secret qui permet à certaines plantes d’extraire directement de l’air l’azote dont elles ont besoin, et le transfert de cette capacité à d’autres plantes. En d’autres termes, des plantes qui se fertilisent elles-mêmes.

L’atmosphère terrestre se compose à presque 80 % d’azote. La vie n’existerait pas sans cet élément, qu’on retrouve dans chaque cellule de chaque organisme. Vivre, et plus encore prospérer, s’avérerait impossible sans azote.

C’est pourquoi le développement d’engrais azotés, dans la deuxième moitié du XIXe siècle, a changé le visage de la planète. L’agriculture moderne n’aurait jamais vu le jour sans les engrais commerciaux renfermant de l’azote. On estime qu’au moins le tiers du rendement actuel des cultures est directement attribuable à l’application d’engrais commerciaux, les engrais azotés étant de loin les plus importants. Au Canada, par exemple, l’azote représente actuellement au-delà de 70 % des fertilisants employés par les agriculteurs, qui épandent sur leurs terres plus de quatre millions de tonnes d’engrais azotés chaque année.

Les engrais sont utiles, mais...

Nourrir la population mondiale sans eux se révèlerait extrêmement difficile, mais malheureusement les engrais azotés présentent aussi un inconvénient majeur.

Comme l’explique M. Szczyglowski, les plantes fertilisées avec de l’azote en utilisent habituellement moins de la moitié. Or, les dommages environnementaux se sont accrus avec la quantité grandissante d’engrais azotés épandus sur le sol. Ainsi, l’azote excédentaire est dans une large mesure à l’origine de la prolifération des algues qui affligent si couramment lacs, rivières et eaux côtières tant au Canada qu’ailleurs dans le monde. Les engrais azotés sont également la principale source d’oxyde nitreux, gaz à effet de serre 300 fois plus puissant que le dioxyde de carbone. Enfin, la fabrication d’engrais azotés nécessite la combustion d’une grande quantité de combustibles fossiles, autre préoccupation d’ordre environnemental.

Participation du Canada à l’effort mondial

Trouver une façon d’atténuer ou de supprimer cette dépendance envers les engrais azotés sans pour autant réduire la production agricole fait l’objet d’un ambitieux effort de recherche mondial. La Bill and Melinda Gates Foundation, par exemple, injecte près de 10 millions de dollars dans les recherches sur les céréales autofertilisantes.

Grâce au financement dispensé dans le cadre de l’Initiative de recherche et développement en génomique (IRDG) du gouvernement canadien, M. Szczyglowski et son équipe du Centre de recherches du Sud sur la phytoprotection et les aliments d’Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC) à London (Ontario), contribuent abondamment à cet effort planétaire.

De l’engrais dans l’air

« On recense environ 380 familles de plantes à fleurs sur la Terre », déclare M. Szczyglowski. « Presque toutes puisent l’azote dont elles ont besoin dans le sol. Toutefois, les membres d’une dizaine de familles l’extraient directement de l’atmosphère. Il s’agit essentiellement de légumineuses comme le pois, le soja et la luzerne. »

De concert avec des scientifiques de pays aussi lointains que le Danemark et le Japon, M. Szczyglowski et ses collègues d’AAC ont réalisé d’importants progrès pour comprendre comment ces plantes arrivent à tirer de l’azote de l’air.

« Les plantes que nous étudions n’y parviennent pas seules, explique-t-il. Quand elles sentent que le sol ne renferme pas assez d’azote, elles permettent à des bactéries qu’on pourrait qualifier d’amicales de pénétrer dans les cellules de leurs racines. Durant leur séjour dans les racines, ces bactéries fixent l’azote de l’atmosphère afin que la plante hôte s’en serve pour croître et fructifier. »

Bactéries bienvenues

Pareille relation bénéfique entre une plante et des bactéries est pour le moins inhabituelle, car les cellules vivantes possèdent des mécanismes complexes qui empêchent spécifiquement les microorganismes d’y pénétrer.

Les analyses génétiques réalisées par M. Szczyglowski et les membres de son équipe ont permis d’identifier les parties du génome de la plante qui agissent à la manière d’un centre de contrôle, indiquant aux autres gènes comment identifier les bactéries bénéfiques, et quand et comment les laisser entrer dans les cellules des racines. L’équipe de M. Szczyglowski a aussi trouvé le gène qui lance le processus appelé « morphogenèse des nodules racinaires » – à savoir, le mécanisme par lequel les racines hébergent les bienfaisantes bactéries.

Des possibilités palpitantes

Le côté le plus excitant de cette découverte est que plusieurs plantes recourent au moins en partie au processus génétique permettant aux légumineuses d’interagir avec les bactéries pour puiser l’azote dans l’air afin d’obtenir des phosphates, autre important élément nutritif, par le biais de champignons commensaux.

« Beaucoup d’autres recherches seront nécessaires, mais cette découverte nous incite à croire qu’il est possible de transférer le processus de fixation de l’azote des légumineuses à d’autres grandes cultures vivrières », affirme M. Szczyglowski. « Les implications sont énormes. Les pays industrialisés pourraient réduire leur consommation d’engrais azotés, tandis que les nations plus pauvres, où les agriculteurs n’ont pas les moyens de se procurer des engrais commerciaux, pourraient accroître leur production d’aliments. »

Date de modification :