Le Dr Eduardo Blumwald (à droite), Akhilesh Yadav, docteur en philosophie, et d'autres membres de leur équipe de l'Université de Californie à Davis, ont modifié du riz afin d'encourager les bactéries du sol à produire davantage d'azote assimilable par les plantes. [Trina Kleist/UC Davis]
Des chercheurs ont utilisé la technologie CRISPR pour modifier génétiquement le riz afin d'inciter les bactéries du sol à fixer l'azote nécessaire à leur croissance. Ces découvertes pourraient réduire la quantité d'engrais azotés utilisée pour la culture, permettant ainsi aux agriculteurs américains d'économiser des milliards de dollars chaque année et de préserver l'environnement en réduisant la pollution azotée.
« Les plantes sont de véritables usines chimiques », a déclaré le Dr Eduardo Blumwald, professeur émérite de sciences végétales à l'Université de Californie à Davis, qui a dirigé l'étude. Son équipe a utilisé la technique CRISPR pour accélérer la dégradation de l'apigénine dans le riz. Ils ont découvert que l'apigénine et d'autres composés favorisent la fixation de l'azote par les bactéries.
Leurs travaux ont été publiés dans la revue Plant Biotechnology (« La modification génétique de la biosynthèse des flavonoïdes du riz améliore la formation de 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 celles-ci ne peuvent pas le transformer directement de l'air en une forme assimilable. Elles absorbent donc l'azote inorganique, comme l'ammoniac, produit par les bactéries du sol. La production agricole repose sur l'utilisation d'engrais azotés pour accroître le rendement des cultures.
« Si les plantes peuvent produire des substances chimiques permettant aux bactéries du sol de fixer l'azote atmosphérique, nous pouvons les modifier génétiquement pour qu'elles en produisent davantage », a-t-il expliqué. « Ces substances stimulent les bactéries du sol à fixer l'azote et les plantes utilisent l'ammonium ainsi produit, réduisant de ce fait le besoin d'engrais chimiques. »
L'équipe de Broomwald a utilisé l'analyse chimique et la génomique pour identifier des composés dans les plants de riz – l'apigénine et d'autres flavonoïdes – qui améliorent l'activité de fixation de l'azote des bactéries.
Ils ont ensuite identifié les voies de production de ces substances chimiques et utilisé la technologie d'édition génomique CRISPR pour accroître la production de composés stimulant la formation de biofilms. Ces biofilms contiennent des bactéries qui améliorent la transformation de l'azote. Par conséquent, l'activité fixatrice d'azote des bactéries augmente et la quantité d'ammonium disponible pour la plante s'accroît.
« Les plants de riz améliorés ont présenté un rendement grainier accru lorsqu'ils étaient cultivés dans des conditions de carence en azote du sol », écrivent les chercheurs dans leur article. « Nos résultats confirment l'intérêt de manipuler la voie de biosynthèse des flavonoïdes pour induire la fixation biologique de l'azote dans les grains et réduire la teneur en azote inorganique. Utilisation des engrais : des stratégies concrètes. »
D'autres plantes peuvent également emprunter cette voie. L'Université de Californie a déposé une demande de brevet pour cette technologie et attend actuellement sa réponse. Ces recherches ont été financées par la Fondation Will W. Lester. Par ailleurs, Bayer CropScience soutient la poursuite des recherches sur ce sujet.
« Les engrais azotés sont extrêmement coûteux », a déclaré Blumwald. « Tout ce qui permet de réduire 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 majeure partie des engrais épandus se perd, s'infiltrant dans le sol et les nappes phréatiques. La découverte de Blumwald pourrait contribuer à la protection de l'environnement en réduisant la pollution azotée. « Cela pourrait offrir une pratique agricole alternative et durable, permettant de réduire l'utilisation excessive d'engrais azotés », a-t-il déclaré.