Amélioration de l’efficacité hydrique des cultures bioénergétiques C4

Les avancées scientifiques dans le domaine de l’agriculture ouvrent de nouvelles perspectives pour faire face aux défis climatiques. Des chercheurs ont réalisé des progrès dans l’amélioration de l’efficacité d’utilisation de l’eau chez les cultures bioénergétiques, offrant ainsi des solutions prometteuses pour l’agriculture durable.

Le stress hydrique a longtemps été un facteur limitant pour la production agricole mondiale, un défi exacerbé par le changement climatique. Depuis plus d’un siècle, les scientifiques ont ciblé une caractéristique végétale clé connue sous le nom d’efficacité d’utilisation de l’eau (EUE) pour aider les cultures à croître avec moins d’eau et à éviter le stress hydrique.

Une meilleure EUE peut aider les plantes à éviter le stress hydrique, mais pour la plupart des cultures, elle est également associée à une productivité plus faible lorsque l’eau est abondante. Cette problématique a été au cœur des recherches menées par le Centre pour l’innovation en bioénergie et bioproduits avancés (CABBI).

Des avancées significatives dans l’amélioration de l’EUE

Dans deux nouvelles études, les chercheurs du CABBI ont utilisé le génie génétique pour améliorer l’EUE des cultures bioénergétiques C4 sans sacrifier le rendement. Cette avancée représente un progrès significatif pour le développement d’une bioéconomie durable.

Dans la première étude, l’équipe du CABBI a réussi à réduire la quantité d’eau s’échappant des plants de sorgho en diminuant le nombre de stomates, ou pores, sur la surface des feuilles. Cette modification a permis d’améliorer l’EUE sans limiter la photosynthèse et la production de biomasse. Les chercheurs ont inséré un gène dans les plantes qui a modifié leur schéma de développement et réduit la densité stomatique.

Andrew Leakey, directeur du CABBI et chef d’équipe sur les deux études, a déclaré : «Avec les espèces C4, nous pensons pouvoir obtenir un double avantage : nous pouvons avoir une meilleure efficacité d’utilisation de l’eau sans avoir à compromettre la croissance de la plante lorsqu’elle dispose de suffisamment d’eau. Et c’est un cas particulier.»

Les chercheurs de la deuxième étude ont découvert que la réduction de la densité stomatique chez la canne à sucre et d’autres cultures C4 coïncidait avec une ouverture plus large des pores. Cette découverte représente une nouvelle cible précieuse pour l’ingénierie d’une plante encore plus efficace.

Des implications majeures pour l’agriculture durable

Ces résultats contribueront à maximiser la production de matières premières bioénergétiques, à aider les cultures à atténuer les effets d’un approvisionnement en eau inadéquat et à ouvrir de nouvelles voies de recherche sur les plantes. Daniel Lunn, chercheur postdoctoral au CABBI, a souligné : «Cela offre une opportunité passionnante pour de nouvelles découvertes scientifiques et stratégies d’ingénierie.»

Les cultures C4, bien qu’elles ne représentent que 5% de toutes les espèces végétales, deviennent de plus en plus vitales pour la production agricole d’aliments, de carburants et de fibres. Elles constituent des exemples importants de cultures de biomasse émergentes qui séquestrent le carbone tout en fournissant une base pour la fabrication de bioproduits.

L’équipe explore actuellement cette approche d’ingénierie dans d’autres espèces végétales du CABBI et affine la conception. Les travaux novateurs sur le miscanthus par d’autres chercheurs de l’équipe de production de matières premières du CABBI – le séquençage du génome du miscanthus et le développement des premières techniques d’édition de gènes – permettront de poursuivre cette stratégie d’ingénierie dans une culture fourragère pérenne émergente très importante, capable de séquestrer beaucoup de carbone.

Vers une agriculture plus résiliente face au changement climatique

Le développement de cultures nécessitant 10 à 20% d’eau en moins pourrait étendre la région agricole pluviale des États-Unis plus à l’ouest et permettre aux agriculteurs de la zone de culture actuelle de maintenir des récoltes rentables même les années où les précipitations sont insuffisantes – une menace plus fréquente dans le contexte du changement climatique.

Andrew Leakey a conclu : «Une partie de ce que nous essayons de faire ici est de maintenir une productivité accrue dans les moments et les endroits où l’approvisionnement en eau est inadéquat.»

Cette recherche ouvre ainsi la voie à une agriculture plus résiliente et durable, capable de relever les défis posés par le changement climatique.

Légende illustration : Andrew Leakey, directeur du CABBI, à droite, et Daniel Lunn, chercheur postdoctoral, avec des plants de canne à sucre, de miscanthus et de sorgho dans la serre du CABBI à l’Université de l’Illinois Urbana-Champaign. Crédit : Julie Wurth/CABBI

Article : ‘Reducing stomatal density by expression of a synthetic epidermal patterning factor increases leaf intrinsic water use efficiency and reduces plant water use in a C4 crop’ / ( 10.1093/jxb/erae289 ) – University of Illinois at Urbana-Champaign Institute for Sustainability, Energy, and Environment – Publication dans la revue Journal of Experimental Botany