Comprendre le rôle des phytosidérophores dans l’amélioration des cultures
Lorsque certaines cultures céréalières telles que le blé, l’orge et le maïs ont du mal à trouver suffisamment de micronutriments, elles libèrent des métabolites appelés phytosidérophores depuis leurs racines dans le sol environnant. Ces derniers forment une sorte de liaison (des complexes stables) avec les nutriments, ce qui les rend solubles et assimilables. L’importance des phytosidérophores pour la nutrition en fer des plantes est connue depuis les années 1970, mais il est difficile de cerner pleinement leur rôle dans les interactions entre les plantes et le sol, principalement parce que ces composés ne sont pas disponibles dans le commerce. «Les chercheurs ne parvenaient pas à obtenir les étalons purifiés nécessaires pour les mesurer avec précision ni pour comparer les résultats entre différentes plantes, différents sols ou différents laboratoires», explique Eva Oburger(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), professeure agrégée à l’Institut de recherche sur les sols de l’université BOKU. Dans le cadre du projet PhytoTrace, financé par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (CER), Eva Oburger et ses collègues de l’université technique de Vienne(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et de l’université de Vienne(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ont cherché à déterminer les mécanismes sous-jacents à cette acquisition de micronutriments. Ils ont recouru à des méthodes innovantes d’échantillonnage du sol et des racines, ainsi qu’à des techniques moléculaires de pointe, afin d’étudier le système des phytosidérophores avec un niveau de détail sans précédent. «Le financement du CER nous a permis de synthétiser chimiquement les huit phytosidérophores d’origine naturelle sous forme purifiée», précise Eva Oburger. «Nous avons ainsi pu mettre au point une méthode extrêmement sensible capable de les détecter et de les quantifier dans des échantillons naturels, nous donnant ainsi pour la première fois les outils nécessaires pour poser des questions et y répondre concernant le fonctionnement de ces composés et leur influence sur les interactions plante– rhizosphère(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre).»
Établir le rôle des phytosidérophores
Les chercheurs ont commencé par ajouter ou omettre, séparément, certains micronutriments tels que le fer, le zinc et le cuivre dans le cadre d’expériences en culture hydroponique. En prenant l’orge comme modèle, l’équipe a mesuré la libération de phytosidérophores dans différentes conditions de carence en micronutriments et a suivi l’activation des gènes nécessaires à leur production. Après avoir mis en place ces mécanismes de base, les chercheurs se sont intéressés à des systèmes pédologiques plus complexes et plus réalistes, ont évalué l’efficacité de différents phytosidérophores et ont progressivement accru la diversité génétique des plantes étudiées.
La variation génétique dans l’assimilation efficace des nutriments
L’une des conclusions les plus frappantes est que les phytosidérophores semblent ne jouer qu’un rôle limité dans l’assimilation du cuivre, malgré la formation de complexes cuivre–phytosidérophores solides dans la solution du sol. L’équipe a toutefois trouvé des preuves indiquant que les phytosidérophores contribuent considérablement à l’assimilation du zinc. «Ce constat est particulièrement important car la carence en zinc constitue un défi majeur à l’échelle mondiale, tant pour l’agriculture que pour l’alimentation humaine», fait remarquer Eva Oburger. Une autre découverte majeure concernait la variation génotypique: certains génotypes d’orge se sont révélés bien plus efficaces pour absorber les micronutriments, ce qui était étroitement lié au degré d’activation de la voie des phytosidérophores. «C’était très intéressant, car cela a montré que les plantes peuvent présenter des différences considérables dans leur capacité à utiliser efficacement ces composés dans des conditions de carence en micronutriments », ajoute Eva Oburger. «Cette variation est d’origine génétique et héréditaire, ce qui signifie que les sélectionneurs peuvent s’en servir dans leur travail.»
Un soutien pour la sélection végétale
En effet, ces résultats ont des implications particulièrement directes pour la sélection végétale. «Étant donné que la voie des phytosidérophores est régulée génétiquement, il est tout à fait possible de renforcer ces caractéristiques par la sélection et l’amélioration génétique», explique Eva Oburger. Le renforcement de ce mécanisme naturel offre une solution concrète pour améliorer l’absorption du fer et du zinc dans des conditions pédologiques difficiles, ce qui, à long terme, pourrait contribuer à la mise au point de cultures plus riches en micronutriments, présentant une meilleure croissance et une plus grande résilience dans des environnements pauvres en nutriments. «Les prochaines étapes consisteront non seulement à étudier d’autres espèces, mais aussi à mettre au point des méthodes destinées à transposer ces résultats à plus grande échelle afin de rapprocher ces travaux des pratiques de sélection réelles», conclut Eva Oburger.
