Trouver des variétés de maïs adaptées aux climats de demain

Le maïs est l’une des cultures les plus importantes de la planète. Il fournit non seulement des amandes sucrées pour parfumer de nombreux plats, mais il est également utilisé dans les huiles, comme sirop édulcorant et comme culture fourragère pour le bétail. Le maïs a été sélectionné pour maximiser son rendement dans les fermes du monde entier.

Mais que se passera-t-il avec le changement climatique ? Des recherches menées par l’Université de Washington ont combiné des projections climatiques avec des modèles de plantes pour déterminer quelle combinaison de caractères pourrait être la mieux adaptée aux climats futurs. L’étude a utilisé des projections météorologiques et climatiques aux États-Unis en 2050 et 2100 avec un modèle qui simule la croissance du maïs pour trouver la combinaison de caractères qui produira le rendement le plus élevé et le plus fiable dans les conditions futures à travers le pays.

Le libre accès papier apparaît dans Recherche environnementale : systèmes alimentaires. UW News a interrogé l’auteur principal Abigail Swann, professeur de sciences atmosphériques et de biologie à l’UW, à propos de l’étude et de ses résultats.

Notre climat futur sera plus chaud, aura un air plus sec et aura une concentration plus élevée de dioxyde de carbone atmosphérique. Existe-t-il une compréhension globale de la manière dont tous ces changements combinés affecteront la croissance des plantes ?

Pour le maïs, un étude précédente Notre groupe a constaté que des températures plus élevées et un air plus sec ont à peu près le même impact, les deux conduisant à une diminution du rendement du maïs, tandis qu’une plus grande quantité de CO2 disponible pour la photosynthèse augmente le rendement. Cependant, l’augmentation du rendement due au CO2 n’a pas suffi à contrecarrer la diminution due aux deux autres changements, de sorte que les rendements du maïs ont globalement diminué.

Dans l’ensemble, des températures plus chaudes comme celles auxquelles nous nous attendons à l’avenir accéléreront la croissance des cultures mais seront moins productives. Bien entendu, les changements dans les précipitations affectent également leur croissance dans différents endroits, même si cela a globalement moins d’impact, et en particulier pour les cultures agricoles qui dépendent de l’irrigation.

En règle générale, de nombreuses personnes considèrent le changement climatique comme un changement dans les zones où certaines cultures peuvent pousser. Votre étude indique que les variétés de cultures que nous plantons aujourd’hui ne sont idéales pour aucun endroit à l’avenir. Pourquoi donc?

Alors que le climat continue de se réchauffer, nous pouvons nous adapter en rapprochant les variétés de cultures existantes des pôles, où l’air est plus frais. Mais déplacer les variétés existantes vers de nouveaux endroits ne suffit pas à compenser la perte de rendement des cultures à laquelle nous nous attendons dans un climat plus chaud, car les impacts des températures plus élevées sont très préjudiciables.

Notre étude a porté sur 100 variétés de maïs possibles et nous avons constaté que celles qui connaîtront le plus de succès à l’avenir ne sont pas celles qui réussissent actuellement : nous avons besoin de nouvelles cultures pour le nouveau climat.

Pouvez-vous décrire le maïs qui fonctionnera le mieux dans les climats futurs, selon votre étude, par rapport aux variétés qui fonctionnent le mieux aujourd’hui ?

Les plants de maïs poussent d’abord des feuilles, puis passent à la culture des céréales. Nous constatons qu’aujourd’hui, les plants de maïs doivent faire un compromis entre la production de beaucoup de feuilles et le fait de disposer de suffisamment de temps dans la saison de croissance pour produire beaucoup de céréales. Cela signifie que les variétés les plus performantes aujourd’hui ne produisent pas beaucoup de feuilles, elles peuvent donc passer à la culture des céréales dès le début de la saison.

Cultiver plus de feuilles pourrait potentiellement permettre au maïs d’augmenter la capacité de photosynthèse de la plante, ce qui augmenterait également la quantité de céréales qu’elle pourrait produire, mais aujourd’hui, cela se fait au prix d’une saison de croissance plus courte.

À l’avenir, il fera globalement plus chaud et le maïs pourrait être semé plus tôt et récolté plus tard dans la saison. Cette saison de croissance plus longue soulage le maïs de ce compromis et lui permet à la fois de produire plus de feuilles tout en ayant suffisamment de temps pour faire pousser des céréales (une croissance plus rapide sous des températures plus chaudes présente un avantage supplémentaire).

Donc, fondamentalement, dans ce sens, les plants de maïs du futur peuvent avoir leur part du gâteau et le manger aussi. Les variétés que nous avons simulées et qui tiraient parti de la capacité de produire plus de feuilles ont donné plus de rendement sous le climat futur que les variétés avec une croissance de feuilles moindre. Ce n’est cependant pas une bonne nouvelle pour le maïs. Même si le maïs pourra produire plus de feuilles et aura encore suffisamment de temps pour faire pousser des grains, les effets néfastes des températures chaudes et de l’air plus sec diminueront les rendements globaux. Faire pousser plus de feuilles et avoir une saison de croissance plus longue aident à atténuer ces impacts négatifs, mais dans l’ensemble, tous les plants de maïs que nous avons simulés ont eu des résultats pires dans les conditions climatiques futures.

Existe-t-il un moyen de vérifier ces résultats sur des plantes réelles avant que ces conditions climatiques ne deviennent réalité ?

Bien que les plantes que nous avons trouvées qui fonctionneraient le mieux dans les conditions climatiques futures n’existent pas à l’heure actuelle, les plantes présentant bon nombre de ces caractéristiques peuvent être sélectionnées rapidement, à l’aide de techniques génétiques telles que CRISPR. Ensuite, ils peuvent être cultivés dans des conditions climatiques contrôlées pour voir si nos résultats sont valables pour de vraies plantes. Cette partie du processus est étonnamment rapide, ce qui nous permet de créer et de tester de nouvelles variétés végétales avant qu’elles ne soient nécessaires.

Pourquoi est-il utile d’utiliser des modèles informatiques, plutôt que de se limiter à la sélection sélective comme cela a été fait dans le passé ?

La sélection de nouvelles variétés végétales est un processus très lent. Cela peut prendre des décennies pour passer de la sélection initiale aux tests et à l’adoption par les agriculteurs. Le processus commence par la sélection parmi les variétés de cultures existantes en fonction des caractéristiques souhaitables, notamment un rendement élevé. Ensuite, ces nouvelles variétés potentielles sont combinées, cultivées et testées dans des environnements multiples et avec une gestion différente. Enfin, les variétés finales sont commercialisées et peuvent ensuite être adoptées par les agriculteurs.

Grâce aux simulations, nous pouvons tester une gamme beaucoup plus large de combinaisons possibles de caractéristiques qui pourraient bien fonctionner pour une nouvelle variété, et utiliser ces connaissances pour guider les premières étapes de la sélection. Cela peut accélérer le processus de reproduction et accélérer notre capacité à nous adapter au changement climatique. Cela nous donne également des informations sur les caractéristiques que nous pourrions essayer de créer et qui sont plus éloignées de nos variétés existantes.

Comment votre étude s’inscrit-elle dans le domaine plus large de l’adaptation climatique ?

Nous devrons adapter l’agriculture de plusieurs manières pour répondre aux besoins d’une population croissante confrontée à une demande alimentaire croissante, combinée à la perte de rendement des cultures à laquelle nous nous attendons à mesure que le climat se réchauffe. Notre étude contribue à relancer le processus de sélection de cultures résilientes au climat en envisageant à quoi devraient ressembler ces cultures. Notre étude fournit également un modèle sur la manière de réaliser cette analyse pour d’autres types de cultures, outre le maïs.

Bien que nous nous concentrions sur le maïs pour cette étude, nous considérons notre travail comme une démonstration d’une approche qui peut être appliquée à n’importe quelle culture, et donc plutôt comme un modèle de la manière dont nous pouvons intégrer les impacts attendus du changement climatique dans la sélection de nouvelles cultures. variétés.

Aux États-Unis, nous avons récemment entendu parler d’une stabilisation de la population en raison de la baisse des taux de natalité et d’une transition vers des régimes alimentaires à base de plantes, moins gourmands en ressources. Pouvez-vous expliquer pourquoi, à l’échelle mondiale, on s’attend toujours à une augmentation de la demande de maïs ?

La population mondiale continue de croître et, en plus de croître en nombre total, la population mondiale devient de plus en plus riche et augmente sa consommation de viande. Aux États-Unis, notre alimentation est déjà très gourmande en viande, et l’évolution vers des régimes alimentaires moins gourmands en ressources et à base de plantes est tout à fait logique d’un point de vue sanitaire et environnemental.

Mais la consommation de viande dans de nombreuses régions du monde est actuellement très faible. À mesure que ces populations augmentent leur richesse, nous nous attendons à ce que, dans certains cas, la consommation de viande augmente. Cette augmentation de richesse est une bonne chose pour le bien-être de ces personnes. En adaptant l’agriculture, nous espérons amortir les pertes de rendement attendues du fait des températures plus chaudes et contribuer à fournir suffisamment de nourriture pour tout le monde.

Quelle est la suite de cette recherche ?

Nous aimerions travailler avec des sélectionneurs pour créer certaines des variétés de maïs proposées par notre étude et mener des études similaires sur d’autres grandes cultures vivrières mondiales. Nous recherchons actuellement des sources de financement supplémentaires pour mener à bien ces prochaines étapes.

L’auteur principal Jennifer Hsiao a réalisé ce travail dans le cadre de son doctorat en biologie à l’UW. Les co-auteurs sont Soo-Hyung Kim, professeur de sciences environnementales et forestières à l’UW ; Dennis Timlin du Département américain de l’Agriculture ; et Nathaniel Mueller de l’Université d’État du Colorado.