Comment permettre aux cultures de mieux survivre aux inondations

Les phénomènes météorologiques extrêmes sont en recrudescence dans le monde entier, notamment les sécheresses et les incendies. Les inondations résultent, elles aussi, clairement du changement climatique. Pour l’agriculture, un champ inondé est synonyme de pertes majeures : environ 15 pour cent des pertes mondiales de récolte sont dues aux inondations.

Dans le cadre d'une collaboration entre les universités de Fribourg en Allemagne et d’Utrecht aux Pays-Bas et d’autres instituts, le Dr Sjon Hartman, professeur assistant au cluster d’excellence CIBSS (Centre for Integrative Biological Signalling Studies) de l’université de Fribourg, vient de découvrir qu’une molécule de signalisation peut rendre les plantes plus résistantes aux inondations. L’éthylène, une phytohormone gazeuse, incite la plante à activer une sorte de système électrique moléculaire d’urgence qui l’aide à survivre au manque d'oxygène pendant une inondation.

L’équipe avait auparavant démontré que l’éthylène envoie à la plante un signal lui indiquant qu’elle est sous l’eau. Le prétraitement des plantes expérimentales avec l’hormone a ainsi amélioré leurs chances de survie. Publiés dans le journal Plant Physiology en mai dernier, les résultats devraient aider à lutter contre l’excès d’eau et les inondations dans l’agriculture, notamment en développant des variétés résistantes.

Suivi de l’adaptation aux conditions humides
 

La capacité des plantes à survivre aux périodes d’inondation ou d’excès d’eau varie fortement selon les espèces. « Dans le cas de la pomme de terre, les racines meurent au bout de deux jours en raison du manque d’oxygène. Les plants de riz sont beaucoup plus résistants puisqu’ils sont capables de survivre leur vie entière dans des rizières gorgées d’eau », explique le Dr Hartman. L’Arabidopsis thaliana, un organisme modèle pour la recherche végétale, peut être utilisé pour étudier les gènes et les protéines qui permettent cette adaptation. « Les plantes remarquent qu’elles sont entourées d’eau car l’éthylène gazeux, que toutes les cellules végétales produisent, ne peut plus être libéré dans l’air », poursuit le Dr Hartman. Les chercheurs avaient montré ce phénomène lors de précédentes études menées à l’université d’Utrecht. Des récepteurs répartis dans la plante réagissent ensuite aux concentrations accrues en hormone.

Simuler l’inondation en privant la plante d’oxygène
 

L’équipe a simulé une inondation en plaçant des plants d’arabidopsis dans une cloche à vide, sans lumière ni oxygène. Lorsque les plants avaient préalablement été exposés à de l’éthylène gazeux, les cellules situées à l’extrémité des racines survivaient plus longtemps. Les plants traités stoppaient la croissance des racines et mettaient en œuvre des processus métaboliques sans oxygène pour la production d’énergie dans les cellules.

L’éthylène permet, en outre, aux cellules d’être mieux protégées contre les radicaux de l’oxygène nocifs qui s’accumulent dans les plantes privées d’oxygène. Ce phénomène a été révélé en analysant l’activité des gènes et la composition en protéines des cellules.

« Ensemble, ces réorganisations provoquées par l’éthylène améliorent la survie des plantes pendant et après l’inondation, résume le Dr Hartman. En comprenant mieux ces voies de signalisation, nous apprendrons à rendre les cultures plus résistantes aux inondations pour lutter contre le changement climatique. »

Référence :

Liu, Z., Hartman, S., van Veen, H., Zhang, H., Leeggangers, H., Martopawiro, S., Bosman, F., de Deugd, F., Su, P., Hummel, M., Rankenberg, T., Hassall, K., Bailey-Serres, J., Theodoulou, F., Voesenek, L., Sasidharan, R. (2022) : Ethylene augments root hypoxia tolerance via growth cessation and reactive oxygen species amelioration, Plant Physiology, 2022, kiac245, https://doi.org/10.1093/plphys/kiac245

De plus amples informations sont disponibles sur le portail d’actualité de l’université de Fribourg