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Des haricots résistants aux aléas du climat réduisent l’utilisation de l’eau

Les haricots sont un aliment de haute qualité nutritive omniprésent en Amérique latine, une région qui sera confrontée à des sécheresses et à des vagues de chaleur sous l’effet du changement climatique. Les scientifiques se sont lancés dans une course contre la montre pour créer des cultures de haricots plus résistantes au climat afin de renforcer la sécurité alimentaire de la région.

Changement climatique et Environnement
Alimentation et Ressources naturelles

L’agriculture spécialisée dans la culture des haricots est tributaire de la pluie et non de l’irrigation. Jusqu’à 80 % du rendement des cultures peut donc être perdu en cas de sécheresses saisonnières précoces, ce qui se traduit par une augmentation significative du prix de ces denrées et entraîne l’importation de haricots de l’étranger. La production, à l’échelon local, de haricots plus résistants au changement climatique constitue une solution. Le projet Pod Yield, soutenu par le programme Marie Skłodowska-Curie, a mené des analyses physiologiques et génétiques comparatives des réponses à la sécheresse chez le haricot commun et le haricot tépari des régions arides. Les scientifiques ont intégré leurs observations dans de nouveaux haricots afin de tester des techniques de preuve de concept destinées à améliorer l’utilisation de l’eau dans les légumineuses. Dans un premier temps, ils ont déterminé les différences au niveau des réponses des feuilles et des gousses à la sécheresse entre le haricot commun et le haricot tépari en utilisant la déshydratation épidermique (perte d’eau), la croissance de la plante entière et les analyses de rendement, ainsi que la spectroscopie térahertz. «La caractérisation des réponses à la sécheresse au moyen d’analyses développementales, physiologiques et transcriptomiques nous a aidés à comprendre les approches divergentes de la résistance au stress hydrique», explique Caspar Chater, chargé de recherche MSCA.

Rôle des stomates dans la résilience à la sécheresse

Il est possible d’améliorer l’efficacité en matière d’utilisation de l’eau en modifiant les caractéristiques, notamment la taille et la densité, des stomates des haricots. Les stomates sont des valves microscopiques à la surface des feuilles et des gousses qui contrôlent les pertes d’eau et l’absorption de CO2 aux fins de la photosynthèse. «Nous avons comparé les caractéristiques des stomates des haricots et utilisé ces informations pour améliorer la résistance à la sécheresse en créant des cultures de haricots “intelligentes face au climat” destinées à l’agriculture latino-américaine», explique Caspar Chater. Les densités stomatales plus faibles constatées chez le haricot tépari assurent le maintien du statut hydrique à plus long terme et prolongent la conductance stomatale par temps de sécheresse. Comparé au haricot commun, le haricot tépari est ainsi capable de conserver l’eau et maintient les mécanismes d’échanges gazeux et de refroidissement par évaporation plus longtemps en conditions de déficit hydrique. Les résultats ont également montré que le haricot tépari est mieux à même d’assurer le remplissage de ses graines par temps de sécheresse. «Nous pensons que ce phénomène tient à la capacité du tépari à maintenir l’échange gazeux et à fixer le carbone plus longtemps en conditions de déficit hydrique accru», précise Caspar Chater.

Une plus grande tolérance grâce au génie génétique

L’équipe a étudié les différences sur le plan de l’expression des gènes entre le haricot commun et le haricot tépari au niveau des feuilles et des jeunes gousses pendant la sécheresse en produisant et en séquençant 24 bibliothèques d’ARN. Ces recherches portaient notamment sur les gènes de structure de l’épiderme susceptibles d’intervenir dans le développement des stomates des haricots tépari. Les facteurs de structure de l’épiderme (EPF pour «Epidermal patterning factors») sont de petits peptides signaux de sécrétion riches en cystéines qui influent sur le développement des stomates. Un excès de EPF1 ou EPF2 réduit la densité des stomates chez de nombreuses plantes, ce qui accroît l’efficacité en matière d’utilisation de l’eau et la tolérance à la sécheresse. Les scientifiques ont mené des tests afin de déterminer si les EPF pouvaient faire de même chez le haricot commun. Ils ont identifié plusieurs gènes apparentés aux EPF chez le haricot commun et ont développé et testé des constructions de surexpression EPF chez la plante modèle de laboratoire, à savoir Arabidopsis. «Ces expériences ont entraîné la réduction de la proportion de stomates à la surface de l’épiderme (indice stomatique), ce qui laisse entendre que les EPF du haricot pourraient jouer le rôle de régulateur du développement stomatique chez les espèces de haricots», commente Caspar Chater. Les gènes ont permis aux scientifiques de modifier les propriétés des échanges gazeux chez les légumineuses afin de renforcer l’efficacité en matière d’utilisation de l’eau et la tolérance à la sécheresse. Ils ont cloné et manipulé ces gènes chez les haricots afin de produire des plantes présentant une plus faible densité de stomates et des besoins en eau moindres. «En améliorant l’utilisation de l’eau dans les cultures de haricots, Pod Yield contribue à la création de systèmes de production plus résistants au changement climatique, renforce la sécurité économique des agriculteurs et maintient des sources durables d’aliments sains», conclut Caspar Chater.

Mots‑clés

Pod Yield, haricot, eau, stomates, sécheresse, haricot tépari, EPF, haricot commun, facteurs de structure de l’épiderme

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