Le riz est l’une des cultures de base les plus importantes, dont dépend plus de la moitié de la population mondiale. Mais à mesure que les températures augmentent et que les phénomènes météorologiques extrêmes se multiplient, le riz devient plus vulnérable. Les souches génétiquement modifiées peuvent résister à certaines inondations, mais peu, voire aucune, ne peuvent survivre au stress thermique causé par la combinaison des températures élevées et de la sécheresse. Il peut y avoir des cultures plus résistantes à l’horizon, cependant, à l’aide d’une carte moléculaire qui détaille les interactions génétiques spécifiques qui contrôlent la tolérance du riz à la chaleur.
Publié aujourd’hui dans La sciencela carte ne mène peut-être pas au trésor des pirates, selon les auteurs de l’étude, mais elle jette les bases de quelque chose de beaucoup plus précieux pour beaucoup plus de gens : la sécurité alimentaire.
« Au cours de son cycle de vie, le riz est facilement influencé par le stress thermique, et il est encore plus vulnérable au réchauffement climatique », a déclaré l’auteur correspondant Lin Hongxuan, professeur, National Key Laboratory of Plant Molecular Genetics, Chinese Academy of Science Center for Excellence in Molecular Plant Sciences. , Institut de physiologie et d’écologie végétales de Shanghai. « L’amélioration de la tolérance thermique du riz joue un rôle clé dans le maintien et l’augmentation du rendement des cultures de riz à des températures élevées, garantissant l’approvisionnement de la demande alimentaire de la population mondiale. »
La tolérance thermique du riz est un trait quantitatif qui résulte de la façon dont plusieurs gènes interagissent, ainsi que des apports de l’environnement. Selon Lin, les plantes ont de multiples mécanismes développés spécifiquement pour se protéger contre la chaleur, mais la façon dont les cellules détectent les températures élevées et communiquent ces informations en interne est restée insaisissable – jusqu’à présent.
Dans une série d’expériences avec des variétés de riz africaines et asiatiques, les chercheurs ont éliminé divers gènes et ont étudié comment cela influençait la constitution génétique et la manifestation physique des plantes résultantes.
« Nous avons découvert qu’un module génétique dans le riz relie les signaux thermiques de la membrane plasmique de la cellule à ses chloroplastes internes pour les protéger des dommages causés par le stress thermique et augmenter le rendement en grain sous stress thermique », a déclaré Lin.
Surnommé thermotolérance 3, ou TT3, le module génétique est l’emplacement physique dans le matériel génétique de la cellule contenant les gènes, TT3.1 et TT3.2, qui interagissent pour améliorer la thermotolérance du riz. Un morceau de TT3.1 semble servir de capteur de chaleur, car il s’éloigne de la membrane plasmique vers la voie de transport de la cellule, où il marque son partenaire, TT3.2, pour être dégradé et éliminé par la cellule. TT3.2 est impliqué dans la mise en péril des chloroplastes, et la cellule peut mieux se protéger contre le stress thermique lorsque l’abondance de TT3.2 est diminuée dans les chloroplastes, selon Lin.
Dans l’analyse des plantes, les chercheurs ont découvert que le TT3, qu’il soit naturel ou génétiquement modifié, améliore la tolérance à la chaleur et réduit la perte de rendement causée par le stress thermique.
« Après sept ans d’efforts, nous avons réussi à cartographier et à cloner finement un module de riz thermotolérant nouvellement identifié, comprenant deux gènes, et à révéler un nouveau mécanisme thermotolérant de la plante », a déclaré Lin. « Cette étude démontre que cette interaction génétique peut améliorer la thermotolérance du riz, réduire considérablement la perte de rendement causée par le stress thermique et maintenir le rendement stable du riz. »
Les chercheurs prévoient de continuer à identifier les gènes thermotolérants et à développer des ressources génétiques à intégrer dans la sélection des cultures.
« Les gènes que nous avons déjà identifiés sont conservés dans d’autres grandes cultures, telles que le maïs et le blé », a déclaré Lin. « Ce sont des ressources précieuses pour la sélection de cultures hautement résistantes au stress thermique afin de répondre aux problèmes de sécurité alimentaire causés par le réchauffement climatique. »
Hai Zhang et al, Un module génétique à un locus dans le riz protège les chloroplastes pour améliorer la thermotolérance, La science (2022). DOI : 10.1126/science.abo5721. www.science.org/doi/10.1126/science.abo5721