Au cours d'une étude de 23 ans menée à l'Université de Bonn, des chercheurs ont découvert que l'orge cultivée de manière biologique s'adaptait génétiquement à son environnement, devenant génétiquement plus diversifiée et plus robuste que l'orge cultivée de manière conventionnelle. L'étude souligne la nécessité de développer des variétés de cultures spécifiquement destinées à l'agriculture biologique afin d'exploiter ces avantages adaptatifs. Crédit : Issues.fr.com
Un projet de recherche mené à l'Université de Bonn révèle des différences dans la croissance des plantes selon les méthodes agricoles biologiques et conventionnelles.
Une étude à long terme menée à l'Université de Bonn a montré que les plantes peuvent s'adapter génétiquement aux conditions spécifiques de l'agriculture biologique. Dans le cadre de l'étude, les chercheurs ont cultivé de l'orge sur deux champs adjacents, en utilisant des techniques agricoles conventionnelles sur l'un et des pratiques biologiques sur l'autre.
Pendant plus de 20 ans, l’orge biologique s’est enrichie d’un matériel génétique spécifique, différent de la culture comparative. Les résultats démontrent entre autres combien il est important de cultiver des variétés, notamment pour l’agriculture biologique. Les résultats ont maintenant été publiés dans la revue Agronomie pour le développement durable.
À la fin des années 1990, le professeur Jens Léon a lancé à l'université de Bonn une expérience dont il savait qu'elle durerait longtemps. Son groupe de recherche souhaitait étudier les effets des conditions agricoles sur le matériel génétique des plantes. Pour cela, ils ont mené une étude complexe au long cours sur une période de 23 ans à l’Institut des sciences des cultures et de la conservation des ressources (INRES). « Nous avons d'abord croisé de l'orge à haut rendement avec une forme sauvage pour augmenter la variation génétique », explique Léon. « Nous avons ensuite planté ces populations sur deux champs voisins afin que l’orge pousse dans le même sol et dans les mêmes conditions climatiques. »
L'image ci-dessus représente la population conventionnelle à gauche et l'orge biologique à droite : seuls les experts peuvent repérer les différences à l'œil nu. Cependant, d’énormes différences peuvent être identifiées grâce à la génétique moléculaire. Crédit : AG Prof. Léon/Université de Bonn
La seule différence était la méthode agricole. L'agriculture conventionnelle a été utilisée dans l'un des domaines où les chercheurs ont utilisé des pesticides pour lutter contre les parasites, des agents chimiques pour éliminer les mauvaises herbes et des engrais minéraux pour assurer un bon apport de nutriments. Dans l'autre domaine, les chercheurs ont adopté une approche plus écologique : pas de pesticides, lutte contre les mauvaises herbes par des méthodes mécaniques et fertilisation du sol avec le fumier des écuries. Une partie des grains a été conservée chaque automne pour être semée dans les champs le printemps suivant – en utilisant les grains biologiques du champ biologique et l'orge cultivée dans des conditions conventionnelles sur le champ comparatif. «Nous n'avons cependant pas choisi les grains en fonction de caractéristiques particulières, mais avons simplement sélectionné au hasard une petite partie de la récolte», souligne le Dr Michael Schneider, collègue de Léon.
Analyser le développement du génome en accéléré
Les chercheurs ont également analysé chaque année le génome des plantes cultivées de manière conventionnelle et biologique. Chaque gène peut exister sous différentes formes appelées allèles. Par exemple, le gène humain responsable de la couleur des yeux existe dans les allèles « brun » et « bleu ». La fréquence à laquelle certains allèles apparaissent dans une population peut changer au fil des générations. Les conditions environnementales sont un facteur qui joue un rôle dans ce processus : les allèles qui assurent le développement des plantes dans leur environnement actuel sont généralement trouvés de plus en plus fréquemment.
Les chercheurs ont identifié deux tendances intéressantes dans leurs tests génétiques : au cours des douze premières années, la fréquence des allèles dans l'orge a changé de la même manière dans les deux champs. « Notre interprétation de cette découverte est que les populations très diverses provoquées par un croisement avec de l'orge sauvage se sont adaptées aux conditions locales », explique le Dr Agim Ballvora, qui a également participé à l'étude. « Après tout, des facteurs tels que le climat, le sol et surtout la durée du jour étaient identiques pour les deux populations. » Cependant, les fréquences alléliques des deux cultures divergent de plus en plus au cours des années suivantes. En particulier, l'orge cultivée selon les méthodes de l'agriculture biologique a développé des variantes génétiques moins sensibles au déficit de nutriments ou au manque d'eau, c'est-à-dire des allèles qui influencent la structure des racines. «Une des raisons à cela réside probablement dans les fortes variations de la disponibilité des nutriments dans l'agriculture biologique», explique Léon.
L'hétérogénéité génétique facilite le processus d'adaptation
L'orge cultivée de manière conventionnelle est également devenue plus uniforme génétiquement au fil du temps, ce qui signifie que le matériel génétique des plantes individuelles cultivées sur le champ est devenu de plus en plus similaire d'année en année. L’orge bio reste cependant plus hétérogène. Les fréquences alléliques de la culture biologique variaient également plus largement au fil du temps. Cela a eu pour conséquence que certaines années étaient extrêmement favorables ou défavorables pour certains allèles. Cela pourrait être dû au fait que les conditions environnementales fluctuent beaucoup plus dans l'agriculture biologique qu'avec les méthodes d'encadrement conventionnelles : si certaines maladies des plantes s'installent au cours d'un an, par exemple, les plantes dépendront davantage des allèles qui les protégeront. La variabilité des forces environnementales agissant sur les plantes semble conduire à une plus grande hétérogénéité génétique. «Les plantes sont ainsi mieux en mesure de s'adapter à ce genre de changements», explique Léon.
Dans l’ensemble, les résultats démontrent l’importance de cultiver des variétés optimisées pour l’agriculture biologique. À mesure que leur constitution génétique s’est adaptée à ces conditions, elles seront plus robustes et offriront des rendements plus élevés. « De plus, il semble judicieux, lorsqu'on cultive des plantes, de les croiser avec des variétés plus anciennes, voire sauvages », explique Léon. « Nos données indiquent également que cela pourrait même profiter aux variétés conventionnelles à haut rendement. »
L'étude a été financée par la Fondation allemande pour la recherche (DFG).
