Le Dr Eduardo Blumwald (à droite) et Akhilesh Yadav, Ph.D., et d'autres membres de leur équipe de l'Université de Californie à Davis, ont modifié le riz pour encourager les bactéries du sol à produire plus d'azote que les plantes peuvent utiliser. [Trina Kleist/UC Davis]
Les chercheurs ont utilisé CRISPR pour modifier le riz afin d'encourager les bactéries du sol à fixer l'azote nécessaire à leur croissance. Les résultats pourraient réduire la quantité d’engrais azotés nécessaire aux cultures, permettant ainsi aux agriculteurs américains d’économiser des milliards de dollars chaque année et de bénéficier à l’environnement en réduisant la pollution azotée.
"Les plantes sont d'incroyables usines chimiques", a déclaré le Dr Eduardo Blumwald, professeur distingué de sciences végétales à l'Université de Californie à Davis, qui a dirigé l'étude. Son équipe a utilisé CRISPR pour améliorer la dégradation de l'apigénine dans le riz. Ils ont découvert que l’apigénine et d’autres composés provoquent la fixation bactérienne de l’azote.
Leurs travaux ont été publiés dans la revue Plant Biotechnology (« La modification génétique de la biosynthèse des flavonoïdes du riz améliore la formation du biofilm et la fixation biologique de l'azote par les bactéries fixatrices d'azote du sol »).
L’azote est essentiel à la croissance des plantes, mais les plantes ne peuvent pas convertir directement l’azote de l’air en une forme qu’elles peuvent utiliser. Au lieu de cela, les plantes dépendent de l’absorption de l’azote inorganique, comme l’ammoniac, produit par les bactéries du sol. La production agricole repose sur l’utilisation d’engrais azotés pour augmenter la productivité des plantes.
"Si les plantes peuvent produire des produits chimiques qui permettent aux bactéries du sol de fixer l'azote atmosphérique, nous pouvons concevoir des plantes pour qu'elles produisent davantage de ces produits chimiques", a-t-il déclaré. "Ces produits chimiques encouragent les bactéries du sol à fixer l'azote et les plantes utilisent l'ammonium qui en résulte, réduisant ainsi le besoin d'engrais chimiques."
L'équipe de Broomwald a utilisé l'analyse chimique et la génomique pour identifier des composés présents dans les plants de riz – l'apigénine et d'autres flavonoïdes – qui améliorent l'activité de fixation de l'azote de la bactérie.
Ils ont ensuite identifié les voies de production des produits chimiques et utilisé la technologie d’édition génétique CRISPR pour augmenter la production de composés qui stimulent la formation de biofilms. Ces biofilms contiennent des bactéries qui améliorent la transformation de l'azote. En conséquence, l’activité fixatrice d’azote des bactéries augmente et la quantité d’ammonium disponible pour la plante augmente.
"Les plants de riz améliorés ont montré un rendement en grains accru lorsqu'ils sont cultivés dans des conditions limitées en azote du sol", ont écrit les chercheurs dans l'article. «Nos résultats soutiennent la manipulation de la voie de biosynthèse des flavonoïdes comme moyen d'induire la fixation biologique de l'azote dans les grains et de réduire la teneur en azote inorganique. Utilisation d'engrais. De vraies stratégies.
D’autres plantes peuvent également emprunter cette voie. L'Université de Californie a déposé une demande de brevet sur cette technologie et l'attend actuellement. La recherche a été financée par la Fondation Will W. Lester. En outre, Bayer CropScience soutient la poursuite des recherches sur ce sujet.
"Les engrais azotés coûtent très, très cher", a déclaré Blumwald. « Tout ce qui peut éliminer ces coûts est important. D'une part, c'est une question d'argent, mais l'azote a aussi des effets néfastes sur l'environnement.»
La plupart des engrais appliqués sont perdus et s’infiltrent dans le sol et les eaux souterraines. La découverte de Blumwald pourrait contribuer à protéger l'environnement en réduisant la pollution azotée. "Cela pourrait fournir une pratique agricole alternative durable qui réduirait l'utilisation excessive d'engrais azotés", a-t-il déclaré.