Une nouvelle recherche identifie une approche biotechnologique pour améliorer la sélection hybride du soja

Le soja (Glycine max) est l’une des cultures ayant l’impact économique et sociétal le plus important au monde, fournissant un pourcentage important de toutes les protéines destinées à la consommation animale à l’échelle mondiale et jouant un rôle clé dans la production pétrolière, la fabrication et les applications de biocarburants. En 2022, on estime que 4,3 milliards de boisseaux de soja ont été produits aux États-Unis, soit une diminution de près de 200 millions de boisseaux par rapport à l’année précédente.

Pour répondre à la demande croissante d’aliments pour animaux à base de soja, l’USDA prévoit que la superficie cultivée en soja augmentera de 19,6 % d’ici 2032. La sélection hybride de soja a le potentiel d’augmenter la productivité de l’une des cultures les plus plantées et consommées dans les Amériques. , mais elle reste largement inexplorée.

De nouvelles recherches menées par des scientifiques du Donald Danforth Plant Science Center et de l’Université Cornell fournissent une technologie clé permettant de produire une croisement obligatoire dans le soja. L’étude récemment publiée, « L’introduction de barnase/barstar dans le soja produit un système de stérilité mâle récupérable pour la sélection hybride » dans le Journal de biotechnologie végétalea révélé que le croisement obligatoire avec les lignées Barnase/Barstar fournit une nouvelle ressource qui peut être utilisée pour amplifier les séries de semences hybrides, permettant ainsi des essais à grande échelle pour l’hétérosis dans cette culture majeure.

Actuellement, le soja est autogame à 99 %, ce qui empêche tout gain résultant de l’hybridation. La sélection hybride pour une vigueur accrue est utilisée depuis plus d’un siècle pour augmenter la production agricole sans nécessiter des intrants plus élevés. Bien que cette approche ait conduit à certains des gains les plus substantiels en termes de productivité des cultures, les obstacles à la sélection ont fondamentalement empêché le soja de récolter les bénéfices de la vigueur hybride.

Le soja produit des fleurs discrètes qui s’autofécondent avant de s’ouvrir et ne se prêtent donc pas facilement à la pollinisation croisée. Cela est dû en partie aux limites des approches actuelles, qui n’ont pas réussi à produire une pollinisation croisée obligatoire et fiable dans le soja.

L’équipe de recherche a démontré que le système Barnase/Barstar de stérilité mâle et de sauvetage des mâles peut être utilisé dans le soja pour produire des semences hybrides. En exprimant la ribonucléase cytotoxique Barnase sous un promoteur spécifique du tapetum dans les anthères du soja, ils ont pu bloquer complètement la maturation du pollen, créant ainsi des plantes mâles stériles. Ils ont également montré que la fertilité peut être sauvée dans la génération F1 de ces lignées exprimant la Barnase lorsqu’elles sont croisées avec du pollen de plantes exprimant l’inhibiteur de la Barnase, Barstar.

« Il est important de noter que nous avons constaté que le succès de la préservation de la fertilité masculine dépend du dosage relatif de Barnase et de Barstar. Lorsque Barnase et Barstar ont été exprimés sous le même promoteur spécifique du tapetum, la progéniture F1 est restée mâle-stérile. Lorsque nous avons exprimé Barstar sous un promoteur relativement plus fort que Barnase, nous avons pu réussir à sauver la fertilité masculine dans la génération F1 », a déclaré Patricia Baldrich, Ph.D., co-auteur du travail et chercheuse principale du Danforth Center.

Ce travail démontre la mise en œuvre réussie d’une approche biotechnologique pour produire une progéniture hybride fertile dans le soja. Compte tenu de l’importance du soja pour l’agriculture mondiale, les progrès de la productivité du soja pourraient avoir un impact transformateur et promouvoir une agriculture durable en permettant aux agriculteurs de produire des rendements plus élevés sur les superficies existantes.

« Le soja amélioré est un objectif à long terme des agriculteurs, des sélectionneurs de plantes et des scientifiques », déclare Blake Meyers, Ph.D., chercheur principal au Danforth Center et professeur de sciences végétales à l’Université du Missouri. « Des améliorations pourraient avoir un effet potentiellement substantiel et offrir également un avantage aux pollinisateurs en difficulté. »

« Ce travail est la première étape vers le développement d’un système de sélection hybride pour le soja. Regarder Nicole Szeluga, étudiante en doctorat à l’Université Cornell et auteur principal de cet article, mener le projet de la conception à la réalisation m’a rendu vraiment fier. Je’ Je suis ravie de voir comment le projet d’équipe se développera dans les années à venir », déclare l’auteur correspondant Margaret Frank, Ph.D., professeur adjoint à l’Université Cornell à la School of Integrative Plant Sciences.

Le soja à pollinisation croisée a le potentiel d’augmenter le rendement grâce à ce que l’on appelle la « vigueur hybride », de fournir du fourrage aux pollinisateurs et de permettre aux agriculteurs de produire plus de soja sur moins de terres. Pour atteindre cet objectif, l’équipe travaille actuellement sur des caractères supplémentaires des fleurs de soja qui, une fois empilés ou combinés avec les lignées mâles stériles, représenteront une approche systématique pour permettre la production de graines de soja hybrides.

« En tant qu’étudiant diplômé, je trouve une immense satisfaction à observer l’évolution continue de ce projet, de la conceptualisation à l’expérimentation, suivie d’une analyse approfondie des données et d’une publication. Je suis ravi de faire partie d’une recherche qui a le potentiel d’apporter des changements marquants. dans le monde », a ajouté Ryan DelPercio, chercheur prédoctoral USDA-NIFA-AFRI à l’Université du Missouri et membre du laboratoire Meyers.