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Des bactéries comme biofertilisants des cultures

Accroître la production alimentaire avec un minimum de ressources, tout en protégeant l’environnement, pose un sérieux défi pour l’humanité. Une initiative financée par la bourse Marie Skłodowska‑Curie a utilisé les bactéries favorisant la croissance des plantes (PGP) comme fertilisant pour améliorer les rendements des cultures.

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En agriculture, les bactéries PGP constituent une approche prometteuse et respectueuse de l’environnement pour accroître les rendements des cultures. Cependant, malgré leur grand potentiel en conditions de laboratoire, leur mise en œuvre dans des sols naturels n’est pas parvenue à produire les résultats escomptés, probablement en raison d’une incapacité à s’adapter à de nouvelles conditions ou d’une opposition avec les populations bactériennes natives du sol.

Une approche transcriptomique pour le développement de biofertilisants

Pour y remédier, le projet BIOFERTICELLULASER, financé par l’UE, a investi dans la croissance de la connaissance sur les interactions moléculaires entre les plantes et les bactéries PGP. «Notre objectif était de comprendre les facteurs qui favorisent la croissance des plantes par les bactéries et induisent la résistance au stress», explique Pedro F. Mateos, coordinateur du projet. Des chercheurs ont utilisé le colza Brassica napus L., largement utilisé comme source d’alimentation pour les hommes, comme nourriture pour les animaux et comme plante bioénergétique. Ils ont sélectionné les souches bactériennes PGP capables de survivre comme les endophytes situés dans les racines, en échappant à l’impact des conditions environnementales externes défavorables et en augmentant leurs chances de survie une fois appliquées dans les champs. Ils ont notamment testé leurs mécanismes in vitro pour favoriser la croissance de la plante, tels que la solubilisation du sodium et du potassium, et la production de sidérophores et de phytohormones. Des scientifiques ont sélectionné les meilleurs endophytes bactériens et analysé leur séquence génomique. Ils ont annoté leurs génomes et étudié le mécanisme génétique bactérien interagissant potentiellement avec la plante pour favoriser sa croissance. À la suite de l’évaluation dans le champ, ils ont sélectionné une souche bactérienne PGP ayant amélioré de manière significative la croissance de la plante dans des conditions de stress, et ayant offert une protection contre l’un des agents pathogènes fongiques de colza les plus importants, Leptosphaeria maculans. Cette souche bactérienne PGP particulière a subi une analyse transcriptomique une fois inoculée sur les racines des colzas. Cela a permis d’identifier un gène impliqué dans la synthèse d’un métabolite bactérien améliorant la croissance de la plante et sa résistance aux situations de stress biotique et abiotique. Pour mieux éclaircir sa fonction, les scientifiques ont supprimé ce gène et évalué l’impact de cette disparition sur les conditions normales et les conditions de stress salin, les analyses des gaz à effet de serre et la résistance des agents pathogènes.

L’impact des bactéries PGP comme biofertilisants

Les fertilisants chimiques utilisés lourdement en agriculture imposent un coût environnemental significatif car ils contaminent l’eau et les sols, consomment énormément de ressources naturelles et émettent des gaz d’oxyde d’azote avec un effet de gaz à effet de serre 300 fois supérieur à celui du CO2. Il existe un consensus général vers l’utilisation de fertilisants respectueux de l’environnement qui peuvent améliorer la production des cultures et aider à réduire l’utilisation de fertilisants chimiques dangereux. BIOFERTICELLULASER a sélectionné les souches bactériennes PGP comme biofertilisants en se basant sur leur capacité à pénétrer dans la plante là où les concurrents se font plus rares et où elles bénéficient d’une protection contre les situations de stress abiotique. Le travail en cours vers l’identification d’autres gènes bactériens impliqués dans l’interaction avec la plante aidera à éclaircir les mécanismes de tolérance aux conditions défavorables. Cela permettra non seulement de concevoir des biofertilisants innovants et améliorés, mais aussi de sélectionner les cultivars ayant la meilleure capacité à tolérer les conditions de stress. Dans la perspective de l’avenir, M. Mateos est convaincu que «le grand potentiel de la souche bactérienne que nous avons isolée mérite d’être examiné plus en profondeur». Les chercheurs étudient actuellement les possibilités d’un accord de transfert de matériau avec les sociétés de biofertilisants ou d’une demande de brevet en sécurisant un financement supplémentaire.

Mots‑clés

BIOFERTICELLULASER, bactéries, conditions de stress, biofertilisant, rendement des cultures, endophyte, favorisation de la croissance des plantes, analyse transcriptomique

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