Une nouvelle étude révèle le rôle essentiel du zinc dans la régulation de la fixation de l'azote dans les légumineuses grâce à un capteur nommé FUN. Cette découverte pourrait contribuer à améliorer l’efficacité des cultures et à réduire l’utilisation d’engrais synthétiques en s’adaptant aux conditions environnementales et du sol.
Des chercheurs ont découvert que le zinc influence considérablement le processus de fixation de l’azote dans les légumineuses, une découverte qui pourrait transformer l’agriculture basée sur les légumineuses.
Le changement climatique, la sécheresse, l’augmentation des températures et d’autres facteurs de stress remettent en question la durabilité agricole. Les chercheurs ont fait une découverte inattendue : le zinc joue un rôle central dans la réponse des plantes au stress abiotique. Cette découverte révolutionnaire met non seulement en lumière les mécanismes complexes de la croissance des plantes, mais est également prometteuse pour révolutionner la résilience des cultures, en particulier dans l'agriculture à base de légumineuses.
Lotus du JaponCrédit photo : Helene Eriksen
Découverte du rôle du zinc dans la fixation de l'azote
Les scientifiques ont découvert le rôle vital du zinc dans le processus de fixation de l’azote des légumineuses. Cette découverte, associée à des informations sur le régulateur transcriptionnel connu sous le nom de Fixation sous nitrate (FUN), a le potentiel de transformer la culture des légumineuses en améliorant l'efficacité des cultures et en réduisant la dépendance aux engrais synthétiques. En étudiant les mécanismes par lesquels le zinc et le FUN contrôlent la fixation de l’azote, les chercheurs visent à accroître la disponibilité de l’azote, à améliorer les rendements des cultures et à favoriser des méthodes agricoles plus respectueuses de l’environnement.
Les cultures de légumineuses entretiennent une relation symbiotique avec les bactéries rhizobia, qui fixent l’azote atmosphérique dans les nodules racinaires. Ces nodules sont cependant vulnérables à diverses pressions environnementales telles que les changements de température, la sécheresse, les inondations, la salinité du sol et les niveaux élevés d’azote dans le sol.
Découverte dans la détection des micronutriments végétaux
Des chercheurs de Université d'Aarhusen collaboration avec l'Université Polytechnique de Madrid et l'Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron en France, ont découvert que les légumineuses utilisent le zinc comme signal secondaire pour intégrer les facteurs environnementaux et réguler l'efficacité de la fixation de l'azote. Dans l'étude publiée dans Natureles chercheurs ont découvert que FUN est un nouveau type de capteur de zinc, qui décode les signaux de zinc dans les nodules et régule la fixation de l'azote.
« C'est vraiment remarquable de découvrir le rôle du zinc comme signal secondaire dans les plantes. C’est un micronutriment vital et il n’a jamais été considéré comme un signal auparavant. Après avoir examiné plus de 150 000 plantes, nous avons finalement identifié le capteur de zinc FUN, mettant en lumière cet aspect fascinant de la biologie végétale », explique le professeur adjoint Jieshun Lin, premier auteur de l'étude.
Jieshun Lin montrant les nodules racinaires d'un Lotus japonicus. Crédit : Hélène Eriksen
Dévoilement de la fonctionnalité de la protéine FUN
Dans cette étude, le chercheur identifie que FUN est un facteur de transcription important qui contrôle la dégradation des nodules lorsque les concentrations d'azote du sol sont élevées : « FUN est régulé par un mécanisme particulier qui surveille directement les niveaux de zinc cellulaire et nous montrons que FUN est inactivé par le zinc dans de grandes quantités d'azote. structures filamentaires et libérés sous forme active lorsque les niveaux de zinc sont faibles », explique le professeur Kasper Røjkjær Andersen.
D'un point de vue agricole, la fixation continue de l'azote pourrait être un trait bénéfique qui augmente la disponibilité de l'azote, à la fois pour les légumineuses et pour les cultures co-cultivées ou futures qui dépendent de l'azote laissé dans le sol après la culture des légumineuses. Cela contribue à jeter les bases de recherches futures qui nous permettront de trouver de nouvelles façons de gérer nos systèmes agricoles, de réduire l'utilisation d'engrais azotés et de réduire leur impact sur l'environnement.
Améliorer l'efficacité et la durabilité de l'agriculture
Les implications de cette recherche sont importantes. En comprenant comment le zinc et le FUN régulent la fixation de l’azote, les chercheurs développent des stratégies pour optimiser ce processus dans les cultures de légumineuses. Cela pourrait conduire à une augmentation de l’apport d’azote, à une amélioration des rendements des cultures et à une réduction du besoin d’engrais synthétiques, qui ont des coûts environnementaux et économiques.
Les chercheurs étudient actuellement les mécanismes par lesquels les signaux de zinc sont générés et décodés par FUN. Ils ont hâte d'appliquer ces nouvelles découvertes aux cultures de légumineuses telles que la féverole, le soja et le niébé.
L'équipe de recherche s'est réunie dans les laboratoires de l'Université d'Aarhus. Crédit : Hélène Eriksen
Ce travail a été soutenu par le projet Enabling Nutrient Symbioses in Agriculture (ENSA), financé par Bill & Melinda Gates Agricultural Innovations (INV-57461), la Fondation Bill & Melinda Gates et le Foreign, Commonwealth and Development Office (INV-55767), la subvention de la Fondation Carlsberg (CF21-0139) et le Conseil européen de la recherche (ERC) dans le cadre du programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne (accord de subvention n° 834221).
Jieshun Lin, Peter K. Bjørk, Jens Stougaard, Kasper R. Andersen et Dugald Reid sont les inventeurs d'un brevet déposé qui capture ces découvertes.
