Le Dr Mutsutomo Tokizawa (Ph.D.), chercheur postdoctoral au Global Institute for Food Security (GIFS), est l’auteur principal d’une nouvelle étude avec le Dr Leon Kochian (Ph.D.), Canada Excellence Chaire de recherche sur la sécurité alimentaire mondiale à l’USask et chef de groupe de recherche au GIFS. Les chercheurs ont identifié un nouveau mécanisme de régulation qui aide les racines des plantes à conserver les ressources des sols déficients en azote et à les utiliser pour améliorer la croissance de la racine pivotante, qui peut pousser plus profondément dans le sol à la recherche de zones présentant des concentrations plus élevées de nutriments.
Les résultats soutiennent des initiatives à long terme visant à développer de nouvelles variétés de cultures présentant des caractéristiques liées aux racines qui aident les producteurs agricoles à optimiser les applications d’engrais.
« L’azote est le nutriment le plus important pour la croissance des plantes, et l’acquisition de nitrate à partir des racines a un effet important sur la productivité et la qualité des cultures », a déclaré Tokizawa.
« L’architecture des racines est considérablement modifiée en fonction des changements dans les concentrations de nitrate dans le sol, et l’un de nos objectifs au GIFS est de développer de meilleures racines dans les cultures qui contribuent à la sécurité alimentaire mondiale », a déclaré Tokizawa.
Les plantes absorbent plus d’azote que tout autre nutriment, c’est pourquoi les produits à base d’azote représentent la majorité des plus de 200 millions de tonnes d’engrais azotés, phosphorés et potassiques achetés chaque année par les producteurs agricoles du monde entier.
L’étude de Tokizawa, publiée récemment dans le Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS), examine comment les plantes réagissent lorsque le nitrate, la forme principale sous laquelle les plantes acquièrent des engrais à base d’azote comme l’ammoniac ou l’urée, n’est pas immédiatement disponible.
Le projet est né pendant la pandémie : incapable de mener à bien ses travaux de laboratoire attendus début 2020, Tokizawa a commencé à revoir les données collectées lors de ses études supérieures à l’Université de Gifu au Japon, où il a travaillé dans le laboratoire qui a initialement identifié une protéine intéressante appelée STOP1 qui avait deviennent associés aux réponses des plantes au phosphore et au potassium.
Dans cet article, Tokizawa a travaillé avec des collaborateurs de l’Université de Gifu et d’autres collègues du groupe de recherche sur l’interaction racine-sol-microbe de Kochian au GIFS pour mener une série d’expériences sur des plantes d’Arabidopsis montrant que STOP1 inhibe la croissance des racines latérales des plantes, qui poussent à partir du primaire. racine pivotante de la plante – en cas de carence en nitrate.
L’étude est la première à noter que STOP1 est impliqué dans les réponses des plantes aux trois principaux nutriments fertilisants (azote, phosphore et potassium) nécessaires à la croissance des plantes.
« Il était surprenant de voir que STOP1 est la protéine impliquée dans un certain nombre de ces interactions, mais à mesure que nous en apprenons davantage sur les plantes, nous apprenons à quel point elles sont complexes, notamment en ce qui concerne leur réponse au stress », a déclaré Tokizawa, qui est pour recevoir le prix du jeune chercheur exceptionnel de la Société japonaise des sciences du sol et de la nutrition végétale en septembre.
Tokizawa a déclaré que la découverte de l’équipe soulevait plusieurs questions pour les recherches futures. Le réseau de régulateurs qui pilotent ces interactions est extrêmement complexe et des travaux supplémentaires sont nécessaires pour comprendre exactement comment les plantes détectent qu’une zone est pauvre en nitrate disponible, a-t-il expliqué.
Le programme de Kochian au GIFS examine l’interaction entre et parmi les racines, le sol et les micro-organismes présents dans le sol qui ont un effet substantiel sur la fertilité du sol et la santé des cultures. Comprendre ces interactions est essentiel pour augmenter les rendements et promouvoir des systèmes agricoles durables dans des environnements difficiles et changeants.
« Il est clair que les racines sont encore des domaines relativement inexplorés en matière de sélection végétale et d’amélioration des cultures, mais elles ont un rôle essentiel à jouer dans l’amélioration des réponses des cultures au changement climatique, en particulier à la sécheresse et aux inondations », a déclaré Kochian.
« Des racines plus grosses peuvent également séquestrer plus de carbone dans le sol. De tous nos travaux, nous constatons qu’il est possible d’augmenter la taille du système racinaire sans utiliser trop de carbone végétal également nécessaire au rendement des graines, ce qui augmente l’acquisition d’azote, de phosphore et de potassium. Le résultat est une optimisation des apports d’engrais et des coûts pour les agriculteurs, ainsi qu’une réduction de l’impact environnemental et des coûts de dépollution des eaux de ruissellement d’azote et de phosphore.
Plus d’information:
Mutsutomo Tokizawa et al, Les facteurs de transcription, STOP1 et TCP20, sont nécessaires aux modifications de l’architecture du système racinaire en réponse à une carence en nitrate, Actes de l’Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2300446120