L’herbe est réputée pour sa résilience. Mais Paspalum vaginatum, une espèce mieux connue sous le nom de paspalum de bord de mer, peut tolérer des stress suffisamment divers et mortels pour rivaliser avec les chameaux et les cactus.
Salinité? Il vaut toujours son sel. Sécheresse? Pas soif. Chaleur? Pas de transpiration. Froid? Ça peut refroidir.
Que diriez-vous de 22 joueurs de football sprintant, donnant des coups de pied et glissant dessus lors de la Coupe du monde 2022, le tout au milieu du climat désertique du Moyen-Orient ? Jeu sur.
Une variété commerciale de paspalum de bord de mer a rempli chaque emplacement au Qatar. Là, il a résisté à tous les pas de Messi, Mbappé et Neymar, à chaque journée ensoleillée de températures atteignant les 80 degrés Fahrenheit.
Grâce à une nouvelle étude menée par l’Université du Nebraska-Lincoln et publiée dans Communication Naturele paspalum du bord de mer pourrait bientôt aider un autre objectif : cultiver des cultures qui produisent plus de nourriture avec moins d’engrais qui imposent des coûts aux agriculteurs, aux écosystèmes et à l’eau potable.
L’application mondiale d’engrais, en particulier l’azote et le phosphore essentiels à la croissance des plantes, a explosé depuis le milieu du XXe siècle, à peu près à l’époque où un adolescent Pelé menait le Brésil à son premier titre de Coupe du monde. Il s’avère que le paspalum du bord de mer n’a pas non plus besoin de beaucoup de ces nutriments. Cela le distingue de certains de ses parents étonnamment proches : le maïs et le sorgho, entre autres graminées.
Après avoir séquencé les plans génétiques complets de l’herbe rustique, une équipe de recherche multi-institutions a découvert le sac d’astuces derrière la technique de jeûne de la plante. De plus, les chercheurs ont réussi à recréer ces astuces dans les semis de maïs, qui ont réagi en poussant plus vite et plus gros que les autres semis non modifiés privés de nutriments.
« Nous commençons enfin à comprendre ce qui rend cette plante si résistante », a déclaré James Schnable, l’un des auteurs de l’étude et professeur d’agronomie Charles O. Gardner au Nebraska.
L’espèce a vraiment commencé à intriguer Schnable et ses collègues après une exposition impressionnante au Nebraska Innovation Greenhouse, où il semblait ne pas se soucier que ses gardiens la négligent.
« Il y a eu une période où personne ne s’est souvenu d’arroser la plante de paspalum pendant quelques mois », a déclaré Schnable. « Mais la plante allait très bien. En fait, elle pousse généralement si vite qu’elle essaie d’envahir les pots des plantes voisines, et le responsable de la serre doit me crier dessus ou crier aux gens de mon laboratoire de descendre et de la tailler. «
Guangchao Sun, ancien doctorant et ancien post-doctorant au Nebraska, en a également pris note. Il a décidé de mettre à l’épreuve la résilience du paspalum de bord de mer avec une expérience, en le cultivant avec du maïs et du sorgho pendant plusieurs semaines dans de multiples conditions. Lorsque le maïs et le sorgho ont été privés d’azote ou de phosphore, leur retard de développement l’a montré. Le paspalum du bord de mer, quant à lui, a continué à « grandir joyeusement ».
Heureusement, le laboratoire Schnable travaillait également avec le Joint Genome Institute du Département de l’énergie, l’Université de Géorgie et l’Institut HudsonAlpha de biotechnologie pour cartographier le génome de l’espèce. Ces progrès ont ouvert la voie à une étude plus détaillée de la tolérance du paspalum de bord de mer.
Des analyses de ses gènes et de son expression génétique ont révélé plus tard que l’herbe répond à un manque de nutriments en doublant approximativement sa production d’une molécule sucrée appelée tréhalose. Bien que le maïs et le sorgho produisent naturellement une partie de cette molécule, l’équipe n’a constaté aucun changement dans sa production parmi les deux cultures affamées de nutriments.
Alors que la découverte suggérait que le tréhalose jouait un rôle central dans la résilience de la plante, Sun et l’équipe ont insisté pour obtenir des preuves qui pourraient répondre à une charge de preuve plus élevée. « Et si, pensaient-ils, nous pouvions augmenter le tréhalose dans le maïs, puis observer les résultats ? » Mais l’application directe de tréhalose sur la culture s’est avérée inefficace.
« Alors j’y ai pensé dans le sens opposé », a déclaré Sun, qui travaille maintenant comme bioinformaticien à la Mayo Clinic. « Si je ne peux pas fournir de tréhalose aux plantes, et si j’arrêtais sa dégradation dans ces plantes? »
Il s’est tourné vers un antibiotique capable d’inhiber l’enzyme responsable de la dégradation du tréhalose. Le plan a fonctionné : limiter l’enzyme a augmenté les niveaux de tréhalose dans le maïs. En quelques jours, il a remarqué que la culture poussait davantage, qu’elle soit ou non dépourvue de nutriments. Les résultats ont été si surprenants pour Sun qu’il a rapidement répété l’expérience plusieurs fois. A chaque fois, le maïs a réagi de la même manière.
Mais l’équipe avait des raisons de soupçonner que la tolérance reposait également sur l’autophagie – ce que Schnable appelait « un programme de recyclage » dans les cellules végétales qui démonte les protéines anciennes ou endommagées, puis les réassemble en nouvelles et fonctionnelles. Finalement, les chercheurs ont développé un mutant de maïs qui n’avait pas la capacité d’engager la dernière étape de ce recyclage. Même avec un surplus de tréhalose, le mutant ne prospérait pas lorsqu’il était privé d’azote ou de phosphore, marquant l’autophagie comme une facette tout aussi essentielle de la résilience.
« Il y a encore d’autres choses à faire », a déclaré Sun, avant que l’équipe ne résolve le tableau complet de la tolérance de classe mondiale du paspalum du bord de mer. Il considère que ce n’est qu’une question de temps, cependant, avant que les chercheurs n’identifient les gènes qui codent pour le tréhalose supérieur.
« Et si vous pouviez (introduire) cette région génomique dans d’autres variétés de maïs d’élite – disons, du maïs qui a un rendement élevé mais qui est vraiment sensible au stress nutritif – peut-être que maintenant vous obtenez à la fois un rendement élevé et une résilience élevée », a-t-il déclaré.
Pour l’instant, Sun s’est dit heureux de se réjouir de la réussite de l’équipe. Dans la vraie tradition de la Coupe du monde, apprendre que l’étude de l’équipe avait été acceptée pour publication a provoqué quelques larmes, quelques câlins. Et pourquoi pas? La qualification pour la Coupe du monde 2022 a peut-être débuté en 2019, mais l’équipe de recherche s’était lancée dans son projet un an plus tôt.
« Ce fut un long, long voyage », a déclaré Sun. « Honnêtement, cela a aussi augmenté ma résilience. »
Plus d’information:
Guangchao Sun et al, Génome de Paspalum vaginatum et rôle de l’autophagie médiée par le tréhalose dans l’augmentation de la biomasse du maïs, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-35507-8