Des chercheurs de l’Université de Californie à Davis ont trouvé un moyen de réduire la quantité d’engrais azotés nécessaires à la culture de céréales. Cette découverte pourrait faire économiser aux agriculteurs des États-Unis des milliards de dollars par an en coûts d’engrais tout en étant bénéfique pour l’environnement.
La recherche est issue du laboratoire d’Eduardo Blumwald, un éminent professeur de sciences végétales, qui a trouvé une nouvelle voie permettant aux céréales de capter l’azote dont elles ont besoin pour pousser.
Cette découverte pourrait également aider l’environnement en réduisant la pollution par l’azote, qui peut conduire à des ressources en eau contaminées, à une augmentation des émissions de gaz à effet de serre et à des problèmes de santé humaine. L’étude a été publiée dans la revue Biotechnologie végétale.
L’azote est essentiel à la croissance des plantes et les exploitations agricoles dépendent des engrais chimiques pour augmenter la productivité. Mais une grande partie de ce qui est appliqué est perdue, lessivée dans les sols et les eaux souterraines. Les recherches de Blumwald pourraient créer une alternative durable.
« Les engrais azotés sont très, très chers », a déclaré Blumwald. « Tout ce que vous pouvez faire pour éliminer ce coût est important. Le problème est l’argent d’un côté, mais il y a aussi les effets nocifs de l’azote sur l’environnement. »
Une nouvelle voie vers les engrais naturels
Les recherches de Blumwald portent sur l’augmentation de la conversion de l’azote gazeux de l’air en ammonium par les bactéries du sol, un processus connu sous le nom de fixation de l’azote.
Les légumineuses telles que les arachides et le soja ont des nodules racinaires qui peuvent utiliser des bactéries fixatrices d’azote pour fournir de l’ammonium aux plantes. Les plantes céréalières comme le riz et le blé n’ont pas cette capacité et doivent compter sur l’absorption d’azote inorganique, comme l’ammoniac et le nitrate, des engrais dans le sol.
« Si une plante peut produire des produits chimiques qui permettent aux bactéries du sol de fixer l’azote gazeux atmosphérique, nous pourrions modifier les plantes pour produire davantage de ces produits chimiques », a déclaré Blumwald. « Ces produits chimiques induiront la fixation bactérienne de l’azote dans le sol et les plantes utiliseront l’ammonium formé, réduisant ainsi la quantité d’engrais utilisée. »
L’équipe de Blumwald a utilisé le criblage chimique et la génomique pour identifier les composés dans les plants de riz qui ont amélioré l’activité de fixation de l’azote des bactéries.
Ensuite, ils ont identifié les voies générant les produits chimiques et ont utilisé la technologie d’édition de gènes pour augmenter la production de composés qui stimulent la formation de biofilms. Ces biofilms contiennent des bactéries qui améliorent la conversion de l’azote. En conséquence, l’activité de fixation de l’azote des bactéries a augmenté, tout comme la quantité d’ammonium dans le sol pour les plantes.
« Les plantes sont d’incroyables usines chimiques », a-t-il déclaré. « Ce que cela pourrait faire, c’est fournir une pratique agricole alternative durable qui réduit l’utilisation excessive d’engrais azotés. »
La voie pourrait également être utilisée par d’autres plantes. Une demande de brevet sur la technique a été déposée par l’Université de Californie et est en instance.
Dawei Yan, Hiromi Tajima, Howard-Yana Shapiro, Reedmond Fong et Javier Ottaviani de UC Davis ont contribué au document de recherche, tout comme Lauren Cline de Bayer Crop Science. Ottaviani est également chercheur associé à Mars Edge.
Dawei Yan et al, La modification génétique de la biosynthèse des flavones dans le riz améliore la formation de biofilm de bactéries diazotrophes du sol et la fixation biologique de l’azote, Revue de biotechnologie végétale (2022). DOI : 10.1111/pbi.13894