Les pommes de terre sont le troisième aliment le plus consommé dans le monde et constituent une délicieuse collation. Mais les pommes de terre agricoles modernes nécessitent de grandes quantités d’azote sous forme d’engrais nitrates, qui sont coûteux et peuvent nuire à l’environnement.
Un groupe de chercheurs a découvert que le même mécanisme génétique qui indique aux pommes de terre quand faire pousser des fleurs et des tubercules (la partie comestible) joue également un rôle clé dans la gestion de l'azote de la plante. Les résultats, décrits le 6 novembre dans Nouveau phytologuepourrait conduire au développement de variétés de pommes de terre nécessitant moins d’engrais, ce qui permettrait aux agriculteurs d’économiser de l’argent et de réduire l’empreinte environnementale de la culture de la pomme de terre.
Les pommes de terre, originaires des Andes, ne produisaient à l’origine des tubercules qu’en hiver afin de stocker les nutriments, en s’inspirant du raccourcissement des jours. Les plantes ont donc été confrontées à un défi de taille lors de leur introduction en Europe au XVIe siècle. Les journées d'hiver plus courtes se sont accompagnées de températures glaciales qui ont tué les plantes avant qu'elles ne puissent produire de grosses pommes de terre.
Finalement, une mutation génétique naturelle dans le gène StCDF1qui contrôle la croissance des tubercules, a aidé les plants de pommes de terre à s'adapter pour faire pousser des tubercules à tout moment et beaucoup plus au nord. Les plantes n’avaient plus besoin de signaux saisonniers.
Des chercheurs étudient StCDF1 Pour comprendre comment il régule la réponse de la plante au cycle de la lumière du jour, il a découvert qu'il fonctionne comme un interrupteur, activant certains gènes tout en en désactivant d'autres. Mais ils ont été surpris de constater qu'il peut activer et désactiver des gènes essentiels à l'absorption de l'azote, explique Maroof Ahmed Shaikh, biologiste moléculaire végétal au Centre de recherche en génomique agricole de Barcelone. Surtout, StCDF1 arrête la production d'une enzyme appelée nitrate réductase, qui décompose les molécules de nitrate afin qu'elles puissent être utilisées par la plante.
Cette découverte révèle que la modification génétique qui a permis à la pomme de terre de devenir un aliment de base mondial a également rendu les plantes plus gourmandes en engrais.
Pour tester si la modification de ce gène affecterait l'absorption d'azote, les chercheurs ont cultivé des plants de pommes de terre avec un handicap. StCDF1 gène dans un environnement pauvre en azote – environ 400 fois moins qu’un sol typique – et a étudié comment ils se comportaient par rapport aux plants de pommes de terre normaux. Le StCDF1-les plantes déficientes ne pouvaient pas produire de tubercules, mais elles produisaient des feuilles plus grosses et des racines plus longues malgré le manque d'azote. « Ils avaient l'air heureux », dit Shaikh.
Les variétés andines avaient probablement un effet moins actif StCDF1 gène et pourrait mieux se développer avec moins d’azote, explique l’équipe.
Cependant, c'est la forme la plus active de StCDF1 c'est présent dans toutes les variétés commerciales de pommes de terre cultivées dans le monde. Le compromis : la culture de base assimile mal l’azote, explique la biologiste végétale Salomé Prat, également du Centre de recherche en génomique agricole. « C'est un problème », car cela conduit les agriculteurs à utiliser plus d'engrais que la plante ne peut en absorber, explique Prat. « Lorsqu’il pleut, cet excès d’engrais se retrouve dans les eaux souterraines et les pollue. »
Cette découverte ouvre la porte au développement de variétés de pommes de terre présentant une efficacité accrue en azote. Les chercheurs envisagent d'utiliser des techniques d'édition génétique pour modifier le gène qui produit l'enzyme nitrate réductase, afin qu'il ne soit pas réprimé par StCDF1. L'équipe a mené des expériences montrant que cela est théoriquement possible. Ce même objectif pourrait être atteint en utilisant la sélection traditionnelle, en croisant des pommes de terre agricoles avec des variétés sauvages ou traditionnelles qui possèdent naturellement des gènes de nitrate réductase altérés.
« L'absorption de l'azote est l'un des principaux obstacles en agriculture », explique Stephan Pollmann, biologiste végétal au Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas de Madrid, qui n'a pas participé à la nouvelle étude. Au-delà d’être scientifiquement intéressante, le fait que cela se trouve dans la pomme de terre, une véritable culture cultivée dans le monde entier et essentielle à la sécurité alimentaire, rend cette découverte potentiellement « fracassante », dit Pollmann. « Si vous pouvez améliorer l'assimilation des nitrates, donc la nutrition de la plante, ce qui donnera par conséquent des tubercules plus gros, c'est extrêmement important. »
