Des chercheurs de l'Université d'Aarhus ont identifié sept composés naturels de racines de blé qui suppriment les bactéries nitrifiantes du sol aussi fortement que les inhibiteurs synthétiques de nitrification, ouvrant ainsi une voie potentielle de sélection vers des variétés de blé qui retiennent davantage d'azote appliqué sans nécessiter d'intrants chimiques supplémentaires ni de sacrifice de rendement.
Le problème de l’azote auquel l’agriculture continue d’être confrontée
Moins de la moitié de l’azote appliqué comme engrais est effectivement absorbé par les cultures, le reste étant perdu par lessivage dans les cours d’eau ou par émission gazeuse dans l’atmosphère sous forme d’oxyde nitreux, un puissant gaz à effet de serre. Pendant des décennies, la principale réponse a été de limiter les taux d'application et les inhibiteurs de nitrification synthétiques, des produits chimiques qui ralentissent la conversion microbienne de l'ammonium en nitrate mais qui sont coûteux, nécessitent des applications répétées et peuvent affecter les organismes du sol non-cibles.
L’équipe d’Aarhus, dirigée par la chercheuse postdoctorale Purna Kumar Khatri, a étudié si le blé lui-même pouvait remplir biologiquement une version de cette fonction. Leurs travaux se concentrent sur l'inhibition biologique de la nitrification, un processus dans lequel les racines des plantes libèrent des composés naturels qui suppriment les microbes nitrifiants responsables de la conversion de l'ammonium en forme de nitrate plus sujette au lessivage.
Que sont les benzoxazinoïdes ?
Les benzoxazinoïdes sont des métabolites secondaires produits naturellement par les cultures céréalières, notamment le blé, le maïs et le seigle, traditionnellement étudiés pour leur rôle dans la défense des plantes contre les insectes, les mauvaises herbes et les nématodes. Les chercheurs d'Aarhus ont examiné 18 composés benzoxazinoïdes différents à l'aide d'un test de bioluminescence avec Nitrosomonas europaea, une bactérie nitrifiante modèle, et ont trouvé sept -, dont BOA, MBOA, DIBOA et DIMBOA -, capables de supprimer fortement la nitrification à des concentrations relativement faibles. Parce que ces composés sont produits et libérés par la plante elle-même plutôt que appliqués à l’extérieur, ils offrent un mécanisme de libération fondamentalement différent de celui des inhibiteurs synthétiques : une libération continue et localisée exactement là et quand la plante a besoin de protéger l’azote disponible.
Les lignées de blé modifiées montrent que l'effet peut être amplifié
L'étude a comparé une lignée parentale de blé conventionnelle à deux lignées de blé portant un fragment chromosomique de Leymus racemosus, une herbe sauvage connue pour améliorer les caractéristiques biologiques d'inhibition de la nitrification. Cultivées en culture hydroponique, les lignées améliorées ont libéré des concentrations de benzoxazinoïdes actifs significativement plus élevées que la lignée parentale, et leurs exsudats racinaires ont supprimé la nitrification jusqu'à deux fois plus fortement -, un résultat directement corrélé aux concentrations de composés plus élevées mesurées.
Les travaux de modélisation cités par les chercheurs suggèrent que les cultures activées par la -nitrification-inhibition-biologique pourraient réduire les pertes d'azote de 20 % à 30 %, et les premiers essais sur le terrain n'ont montré aucune pénalité de rendement associée à ce caractère, ce qui signifie que les agriculteurs pourraient en principe appliquer moins d'engrais tout en récoltant des volumes de grains comparables. Khatri a déclaré que l'ampleur de l'opportunité est significative, même avec des gains d'efficacité modestes : "Si vous pouvez augmenter l'efficacité de l'utilisation de l'azote-de même dix pour cent dans des conditions réelles sur le terrain, les économies absolues en engrais et en émissions sont énormes."
De la chimie à une cible d'élevage
L'objectif à long terme-est de traduire les résultats chimiques en une stratégie de sélection : une fois que les chercheurs auront identifié les voies de biosynthèse produisant les composés inhibiteurs de nitrification-les plus efficaces, les sélectionneurs de plantes pourraient sélectionner des variétés de blé qui expriment plus fortement les caractéristiques, sans obliger les agriculteurs à modifier leurs pratiques ou à acheter de nouveaux intrants. La recherche fait partie du projet international plus large CropSustain, dans lequel des groupes de recherche parallèles étudient comment ces caractéristiques affectent les microbiotes du sol et les -organismes non cibles sur des périodes plus longues -, une question qui est importante pour l'adoption réglementaire et commerciale même si la biologie sous-jacente s'avère robuste.
Les résultats arrivent alors que les marchés mondiaux de l'azote restent volatils à la suite de la perturbation du détroit d'Ormuz, qui a propulsé les prix de l'urée à des niveaux proches des-records plus tôt cette année, avant une correction partielle. Alors que les délais de sélection des variétés de blé inhibant la nitrification-s'étendent sur un horizon de plusieurs-années plutôt que d'offrir un soulagement immédiat, la recherche s'ajoute à un nombre croissant d'alternatives biologiques - aux côtés de produits microbiens fixateurs d'azote- déjà commercialisés par des sociétés telles que Pivot Bio - qui pourraient progressivement réduire la dépendance structurelle du secteur agricole à l'égard des apports d'azote synthétique.
L'étude, intitulée « Benzoxazinoïdes comme composés candidats pour l'inhibition biologique de la nitrification dans le blé », a été publiée dans Plant Physiology and Biochemistry et menée en collaboration avec l'Université de Copenhague, l'Université d'Aberdeen et le Centre international d'amélioration du maïs et du blé du Mexique (CIMMYT), qui a fourni du matériel de semence pour l'essai.
