Les chercheurs ont démontré que la machinerie génétique responsable de la fixation biologique de l'azote peut être transférée à de nouvelles souches de bactéries, permettant ainsi de mieux comprendre comment ce trait agricole crucial se propage dans la nature et ouvrant potentiellement de nouvelles voies pour réduire la dépendance de l'agriculture aux engrais azotés synthétiques.
Les résultats, publiés dansBiologie actuellele 28 mai, concentrez-vous sur les rhizobiums sauvages-bactéries du sol qui forment des relations symbiotiques avec les légumineuses telles que les pois et les haricots. Ces bactéries convertissent l’azote atmosphérique en formes que les plantes peuvent utiliser, permettant ainsi aux légumineuses de pousser avec peu ou pas d’engrais azoté externe. Les scientifiques affirment que l’étude met en lumière la manière dont les gènes régissant cette symbiose peuvent être acquis par des lignées bactériennes qui n’en avaient auparavant pas la capacité, une étape clé vers l’extension de la fixation biologique de l’azote à d’autres cultures.
Comprendre les bases génétiques de la symbiose
L'étude, dirigée par Angeliqua P. Montoya et ses collègues, a examiné la génomique évolutive des nouvelles relations endosymbiotiques émergentes chez les rhizobiums sauvages. En suivant la manière dont les gènes fixateurs d'azote-se déplacent entre les populations bactériennes, les chercheurs ont pu identifier les voies génétiques qui permettent aux bactéries d'établir des partenariats fructueux avec les plantes.
La fixation de l'azote dans les légumineuses dépend de nodules racinaires spécialisés, où les rhizobiums reçoivent des glucides de la plante hôte en échange d'azote biologiquement fixé. Bien que cette relation ait évolué naturellement au fil des millions d'années, les scientifiques cherchent depuis longtemps des moyens de reproduire des systèmes similaires dans des cultures non-de légumineuses.
La recherche fournit de nouvelles preuves que les traits génétiques nécessaires à la symbiose peuvent se propager à travers les lignées bactériennes, ce qui suggère que l'évolution des partenariats de fixation de l'azote- pourrait être plus flexible qu'on ne le pensait auparavant. De tels résultats pourraient aider les chercheurs à identifier les conditions génétiques nécessaires pour établir des relations similaires chez les bactéries associées aux cultures céréalières.
Pourquoi cette avancée est importante pour les marchés des engrais
L’importance de la fixation biologique de l’azote s’étend bien au-delà de la biologie végétale. La plupart des principales cultures de base du monde-y compris le blé, le maïs et le riz-ne peuvent pas fixer l'azote atmosphérique et dépendent donc fortement des engrais azotés produits par le procédé Haber-Bosch.
La fabrication d'ammoniac, à la base des engrais azotés, est l'un des processus industriels les plus-énergivores au monde et reste très exposée aux coûts du gaz naturel, aux perturbations géopolitiques et aux restrictions commerciales. La récente volatilité des marchés des engrais, notamment les problèmes d’approvisionnement liés aux routes maritimes du Moyen-Orient et les contrôles à l’exportation des principaux pays producteurs, ont ravivé l’intérêt pour les technologies susceptibles de réduire la dépendance à l’azote synthétique.
Si les cultures céréalières pouvaient obtenir une part significative de leurs besoins en azote grâce à la fixation biologique, les implications à long terme sur la demande d'engrais pourraient être substantielles. Même si une telle transition reste lointaine, elle a attiré des investissements importants de la part d'entreprises de biotechnologie agricole, de développeurs d'intrants biologiques et de principaux fournisseurs de nutriments pour les cultures à la recherche de solutions de gestion des nutriments plus durables.
S'appuyer sur les avancées précédentes
La nouvelle étude s'ajoute à un nombre croissant de recherches visant à comprendre les mécanismes moléculaires qui régissent la symbiose des plantes-microbes. Des recherches antérieures ont identifié des protéines végétales spécifiques, des voies de signalisation et des réponses médiées par le calcium-qui déterminent si les plantes acceptent ou rejettent les bactéries fixatrices d'azote-.
Les chercheurs ont déjà démontré des preuves-de-modifications de concept dans des plantes modèles et certaines espèces de céréales, dont l'orge, démontrant que les composants du réseau de signalisation symbiotique peuvent être manipulés. Cependant, parvenir à une fixation fiable et économiquement significative de l’azote dans les principales cultures céréalières reste l’un des objectifs les plus ambitieux de la science agricole.
Les résultats de Current Biology offrent une perspective complémentaire en se concentrant sur l'aspect microbien de la relation, révélant comment les capacités de fixation de l'azote-apparaissent et se propagent parmi les populations bactériennes dans les environnements naturels.
Le déploiement commercial reste dans des années
Malgré les progrès scientifiques, les chercheurs préviennent que les applications agricoles pratiques restent un objectif à long terme. La démonstration du transfert de gènes et de la capacité symbiotique dans des systèmes bactériens sauvages représente une étape scientifique importante, mais des défis importants restent à relever avant que de telles découvertes puissent être traduites en produits commerciaux.
Le secteur des engrais biologiques a attiré d’importants capitaux de risque et investissements d’entreprises au cours de la dernière décennie, mais l’industrie a également connu des revers car les entreprises ont du mal à reproduire de manière cohérente les résultats de laboratoire sur le terrain. Parvenir à une colonisation stable, à des taux de fixation d’azote suffisants et à des retours économiques pour les producteurs reste un défi complexe.
En conséquence, il est peu probable que les dernières découvertes aient un impact immédiat sur la demande d’engrais. Au lieu de cela, ils contribuent à une base scientifique croissante qui pourrait à terme soutenir le développement de technologies microbiennes de nouvelle-génération conçues pour compléter ou remplacer partiellement les applications d'azote synthétique.
Prochaines étapes pour les chercheurs
La prochaine phase de recherche portera sur la question de savoir si les mécanismes génétiques identifiés chez les rhizobiums sauvages peuvent être introduits dans des espèces bactériennes naturellement associées aux racines des cultures céréalières. Les scientifiques doivent ensuite déterminer si ces communautés microbiennes artificielles peuvent fournir suffisamment d’azote biologiquement fixé pour apporter des avantages agronomiques mesurables dans des conditions d’agriculture commerciale.
Le succès représenterait un changement majeur dans la nutrition des cultures, permettant potentiellement aux agriculteurs de réduire leur utilisation d'engrais tout en maintenant les rendements. Pour l'instant, cependant, ces travaux constituent une étape précoce mais notable vers l'un des objectifs les plus recherchés-de l'agriculture : permettre aux principales cultures céréalières d'accéder à l'azote grâce à des partenariats biologiques plutôt que de dépendre entièrement d'engrais manufacturés.
