La découverte de gènes pourrait réduire le besoin d’engrais

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La sur-fertilisation des champs agricoles est un problème environnemental important. L’excès de phosphore provenant de terres cultivées fertilisées se retrouve souvent dans les rivières et les lacs. Le boom de la croissance des plantes aquatiques qui en résulte peut provoquer une chute des niveaux d’oxygène dans l’eau, entraînant la mort des poissons et d’autres effets néfastes.

Des gènes qui aident à la fertilisation des plantes

Maintenant pour faire face à ce problème, des chercheurs du Boyce Thompson Institute ont découvert la fonction d’une paire de gènes de plantes pouvant aider les agriculteurs à améliorer la capture de phosphate, réduisant ainsi les dommages environnementaux associés à la fertilisation. Cette découverte découle de l’attention portée par Maria Harrison sur les relations symbiotiques des plantes avec les champignons mycorhiziens arbusculaires (AM). Harrison est professeure chez BTI et professeure auxiliaire à la School of Integrative Plant de la Cornell University.

Les champignons AM colonisent les racines des plantes, créant une interface où la plante négocie les acides gras contre les phosphates et l’azote. Ces champignons peuvent également aider les plantes à se remettre de conditions stressantes, telles que des périodes de sécheresse. Mais nourrir les champignons AM avec des acides gras est coûteux, donc les plantes ne laissent pas cette colonisation se faire sans contrôle.

Pour découvrir comment les plantes contrôlent la colonisation fongique, Harrison et Lena Müller, chercheuse postdoctorale dans son laboratoire, ont examiné des gènes codants pour des protéines courtes appelées peptides CLE dans les plantes Medicago truncatula et Brachypodium distachyon. Les peptides CLE sont impliqués dans le développement cellulaire et la réponse au stress et sont présents dans tout le règne végétal, des algues vertes aux plantes à fleurs.

Deux de ces gènes CLE sont des modulateurs importants 

Les chercheurs ont découvert que deux de ces gènes CLE sont des modulateurs importants pour la symbiose fongique AM. Un gène, appelé CLE53, réduit les taux de colonisation une fois que les racines ont été colonisées. Un autre gène, le CLE33, réduit les taux de colonisation lorsqu’il y a beaucoup de phosphate disponible pour la plante.

Müller a découvert que les peptides CLE agissent via une protéine réceptrice appelée SUNN. En collaboration avec Harro Bouwmeester et Kristyna Flokova de l’Université d’Amsterdam, elle a découvert que les deux peptides CLE modulent la synthèse de la plante d’un composé appelé strigolactone.

« Pouvoir contrôler les niveaux de colonisation fongique dans les racines des plantes et maintenir la symbiose même dans des conditions de phosphate plus élevées pourrait être utile pour un agriculteur », a déclaré Harrison. « Par exemple, vous voudrez peut-être connaître les autres effets bénéfiques des champignons AM, tels que l’absorption d’azote et la récupération après une sécheresse, ainsi qu’une absorption accrue de phosphate » « Vous pourriez être en mesure d’obtenir ces avantages en modifiant les niveaux de ces peptides CLE dans les plantes », a ajouté Harrison.

Les racines des plantes exsudent de la strigolactone dans le sol et le composé stimule la croissance et la colonisation des champignons AM. Une fois que les racines sont colonisées ou qu’il y a suffisamment de phosphate, les gènes CLE suppriment la synthèse de strigolactone, réduisant ainsi toute colonisation ultérieure par les champignons.

Müller a découvert que les peptides CLE agissent via une protéine réceptrice appelée SUNN. En collaboration avec Harro Bouwmeester et Kristyna Flokova de l’Université d’Amsterdam, elle a découvert que les deux peptides CLE modulaient la synthèse de la plante d’un composé appelé strigolactone.

Les racines de plantes exsudent de la strigolactone dans le sol 

Les racines des plantes exsudent de la strigolactone dans le sol et le composé stimule la croissance et la colonisation des champignons AM. Une fois que les racines sont colonisées ou qu’il y a suffisamment de phosphate, les gènes CLE suppriment la synthèse de la strigolactone, réduisant ainsi toute colonisation ultérieure par les champignons.

« Au début des années 2000, les chercheurs ont découvert que les plantes avaient un moyen de mesurer et de réduire la colonisation », a déclaré Müller. « Mais jusqu’à présent, personne n’avait vraiment compris le mécanisme moléculaire de cette dynamique. »

Les prochaines étapes de cette recherche comprendront la détermination des molécules qui activent les gènes CLE en réponse à la colonisation et aux niveaux élevés de phosphate. Müller prévoit également de comparer les deux peptides CLE issus de cette étude avec d’autres peptides CLE ayant des fonctions différentes.

Découvrir les différentes fonctions des peptides CLE

« Les peptides CLE sont tous très similaires, mais ils ont des fonctions complètement différentes », a déclaré Müller. « Ce sera très intéressant de découvrir pourquoi. »

Cette recherche a été publiée dans Nature Plants.

Source : Boyce Thompson Institute
Crédit photo : Pixabay

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