Ils découvrent un changement génétique dans les légumineuses qui régule la capacité à obtenir des nutriments

Les légumineuses telles que les haricots, les pois et les lentilles se distinguent des autres cultures par leur capacité à interagir avec les bactéries du sol pour convertir ou « fixer » l’azote sous une forme assimilable par la plupart des organismes. Cependant, ce processus biologique demande beaucoup d’énergie à la plante. Ainsi, lorsque les sols contiennent de grandes quantités d’azote assimilable (par des processus naturels ou par l’application d’engrais synthétiques), la plante réduit la fixation de l’azote, évitant ainsi des dépenses inutiles pour l’organisme.

Une équipe internationale de scientifiques, comprenant des chercheurs de l’Université polytechnique de Madrid (UPM) en Espagne, a identifié pour la première fois un « interrupteur » génétique qui arrête le processus par lequel les légumineuses convertissent l’azote atmosphérique en nutriments.

La suppression du régulateur génétique découvert a permis aux scientifiques de cette équipe de maintenir la fixation de l’azote lorsque les niveaux de nitrates dans le sol sont élevés. De cette façon, les plantes pourraient continuer à utiliser l’azote de l’air quelles que soient les conditions du sol.

Augmenter la capacité biologique des légumineuses à fixer l’azote pourrait contribuer à accroître la croissance et le rendement des cultures agricoles tout en réduisant le besoin d’engrais synthétiques, qui contribuent à l’empreinte environnementale néfaste de l’agriculture.

Cette recherche a été réalisée dans le cadre du projet international ENSA (Enabling Nutrient Symbioses in Agriculture). Le projet ENSA est actuellement financé par Bill & Melinda Gates Agricultural Innovations (Gates Ag One), une organisation à but non lucratif qui investit dans la recherche agricole innovante pour répondre aux besoins urgents et mal satisfaits des petits agriculteurs d’Afrique subsaharienne et d’Asie australe.

“D’un point de vue agricole, la fixation continue de l’azote pourrait être un trait bénéfique qui augmente la disponibilité de l’azote, à la fois pour la légumineuse et pour les futures cultures qui dépendent de l’azote laissé dans le sol après la culture de la légumineuse”, explique Dugald Reid, co. -auteur de l’étude et chercheur à l’ENSA.

“Cela contribue à jeter les bases de recherches futures qui nous fourniront de nouvelles façons de gérer nos systèmes agricoles afin de réduire l’utilisation d’engrais azotés, d’augmenter les revenus agricoles et de réduire l’impact de l’utilisation d’engrais azotés sur l’environnement”, ajoute-t-il.

Plante légumineuse de l’espèce Lotus japonicus. (Photo : Hélène Eriksen)

L’équipe a découvert le régulateur connu sous le nom de Fixation Under Nitrate (FUN) après avoir examiné 150 000 légumineuses individuelles dans lesquelles des gènes avaient été supprimés pour identifier comment les plantes contrôlent le passage de la fixation de l’azote à l’absorption de l’azote par le sol.

Le FUN, un type de protéine connu sous le nom de facteur de transcription et dont la fonction est de contrôler les niveaux d’expression d’autres gènes, s’est avéré présent dans les légumineuses, indépendamment du fait qu’elle soit active ou inactive et des niveaux d’azote.

“Dans le cadre de l’étude, nous avons conçu un criblage génétique avec des milliers de plantes cultivées en serre pour identifier les gènes qui relient les signaux environnementaux aux réponses biologiques”, explique Jieshun Lin, de l’Université d’Aarhus au Danemark, chercheur à l’ENSA et co-auteur de l’étude. étude. “En augmentant les niveaux de nitrate disponibles pour notre légumineuse modèle, nous avons pu identifier celles ayant une mauvaise régulation de la fixation de l’azote et découvrir le mutant FUN.”

Ensuite, l’équipe a utilisé une combinaison de biochimie, d’analyse de l’expression génique et de microscopie pour découvrir que FUN s’organise en longs filaments protéiques lorsqu’il est inactif. Cela a conduit à la découverte secondaire que les niveaux de zinc jouent un rôle dans l’activation et l’arrêt de la fixation de l’azote par FUN.

« Nous avons constaté que la modification de l’azote du sol modifie les niveaux de zinc dans la plante. “Le zinc n’avait pas encore été associé à la régulation de la fixation de l’azote, mais notre étude a révélé qu’un changement dans les niveaux de zinc active à son tour le FUN, qui contrôle un grand nombre de gènes qui inhibent la fixation de l’azote”, explique Kasper Andersen, co-auteur de l’étude. auteur de l’étude et chercheur à l’ENSA. “Par conséquent, la suppression du FUN crée une condition dans laquelle la plante ne bloque plus la fixation de l’azote”, conclut-il.

L’étude s’intitule « Le zinc intervient dans le contrôle de la fixation de l’azote via la filamentation du facteur de transcription ». Et cela a été publié dans la revue académique Nature.

Aujourd’hui, l’équipe étudie comment d’autres cultures de légumineuses courantes, telles que le soja et les haricots, se comportent lorsque FUN perd son activité. (Source : UPM)