Des chercheurs de l'Université de New York ont identifié une protéine qui agit comme un signal moléculaire d'arrêt de l'absorption d'azote par les plantes, une découverte qui pourrait éventuellement donner aux sélectionneurs une cible génétique pour développer des cultures utilisant les engrais beaucoup plus efficacement. L'étude, publiée dans The Plant Cell, se concentre sur un facteur de transcription appelé HHO5.
Comment HHO5 fonctionne comme frein à l'azote
L’équipe de NYU a découvert que HHO5 indique à une plante quand elle a absorbé suffisamment d’azote et peut cesser d’en absorber davantage du sol. Lorsque les niveaux d’azote dans la plante atteignent un seuil, l’expression de HHO5 augmente et déclenche une cascade de modifications génétiques en aval qui arrêtent efficacement le mécanisme d’absorption. La protéine répond spécifiquement à l'azote organique, la forme que les plantes utilisent pour le transport, le stockage et la synthèse sur de longues distances des acides aminés essentiels à la nutrition humaine.
"En identifiant des régulateurs génétiques sensibles à différents niveaux et types d'azote, nous avons découvert un facteur régulateur contrôlant l'utilisation de l'azote et une clé pour améliorer l'absorption et l'assimilation de l'azote en azote organique dans les plantes", a déclaré Gloria Coruzzi, professeure Carroll et Milton Petrie au département de biologie et au centre de génomique et de biologie des systèmes de l'Université de New York et co-auteur principal de l'étude.
Pourquoi l’efficacité de l’azote des plantes est importante pour les engrais
À l’échelle mondiale, les cultures n’utilisent qu’environ 30 à 50 % des engrais azotés appliqués aux champs. Le reste s’échappe dans les cours d’eau sous forme de ruissellement de nitrates ou pénètre dans l’atmosphère sous forme d’oxyde nitreux, un gaz à effet de serre environ 300 fois plus puissant que le dioxyde de carbone par unité. L’amélioration de l’efficacité de l’utilisation de l’azote au niveau des usines est l’une des voies les plus directes pour réduire à la fois les coûts des engrais et les dommages environnementaux.
Les approches actuelles pour améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'azote se concentrent principalement sur le sol : revêtements à libération lente-, inhibiteurs de nitrification et timing d'application précis. La découverte HHO5 ouvre une voie complémentaire en ciblant le propre câblage réglementaire de l'usine. Si les sélectionneurs peuvent modifier la manière dont HHO5 arrête l’absorption d’azote, les cultures pourraient potentiellement extraire plus d’azote du sol avant que le frein ne s’enclenche, réduisant ainsi la quantité d’engrais inutilisé laissée derrière elle.
De la découverte en laboratoire à l'application sur le terrain
L’équipe de recherche a découvert que différentes formes d’azote avaient des effets distincts sur les niveaux d’expression de HHO5. L’azote inorganique, la forme directement absorbée par les engrais, a déclenché un modèle de réponse différent de celui de l’azote organique. Cette distinction est importante car elle suggère que la voie de signalisation est suffisamment nuancée pour que les sélectionneurs puissent potentiellement la peaufiner-sans perturber les autres processus métaboliques.
NYU a déposé une demande de brevet couvrant la recherche et son utilisation potentielle pour améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'azote végétal. L'université n'a pas divulgué les discussions sur les licences, mais le brevet témoigne d'une intention commerciale.
Cette découverte arrive à un moment où les coûts des engrais azotés sont élevés à l’échelle mondiale. Les prix de détail de l'urée aux États-Unis étaient en moyenne de 594 dollars la tonne début août, selon les données de l'USDA, et n'ont que légèrement diminué par rapport aux sommets du milieu de l'année provoqués par la perturbation du détroit d'Ormuz. Toute amélioration génétique permettant aux cultures de tirer davantage de valeur de chaque tonne d’azote appliqué aurait un impact direct sur l’économie agricole.
Un domaine croissant de recherche sur l’efficacité de l’azote
Les travaux de NYU s’inscrivent dans une vague plus large de recherche sur l’efficacité de l’azote. Une étude Purdue publiée en juillet a identifié un commutateur génétique contrôlant la fixation de l'azote dans le soja, tandis que des chercheurs de l'Université de l'État de Washington ont rapporté en mai que les gènes fixateurs d'azote- pouvaient être transférés entre souches bactériennes. Des sociétés telles que Pivot Bio, Intrinsyx Bio et Kula Bio commercialisent des approches microbiennes de fixation biologique de l'azote.
Ce qui distingue les résultats de HHO5, c'est qu'ils se concentrent sur la signalisation propre à la plante plutôt que sur le microbiome du sol. Il cible un point de contrôle réglementaire qui existe dans toutes les plantes, pas seulement les légumineuses, ce qui signifie que toute amélioration pourrait théoriquement s'appliquer aux principales cultures céréalières, notamment le maïs, le blé et le riz.
Pourtant, traduire la découverte d’un facteur de transcription en une variété de culture commerciale prend généralement une décennie ou plus. La valeur immédiate réside dans le fait de donner aux phytologues une cible génétique spécifique-bien caractérisée avec laquelle travailler alors qu'ils recherchent des variétés qui fournissent plus de grains par unité d'azote appliqué.
