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 Construire des plantes résistantes à la sécheresse ?

6/6/2009

Construire des plantes résistantes à la sécheresse ?

Les ressources en eau sont limitées. La recherche de plantes plus adaptées à la sécheresse est un enjeu fondamental pour la production agricole dans les prochaines décennies. Les chercheurs de l'INRA (1) étudient les mécanismes d'adaptation des plantes à la sécheresse et cherchent à identifier les gènes impliqués. L'objectif est d'obtenir des plantes capables de produire dans des situations de manque d'eau modéré, la perspective de plantes poussant sans eau restant illusoire. L'étude de l'adaptation des plantes à la sécheresse est au carrefour de la physiologie, de l'agronomie et de la génétique. Elle illustre l'intérêt des approches pluridisciplinaires et de la modélisation pour aborder des phénomènes complexes.

La réponse immédiate au stress hydrique : ralentir la transpiration

La surface des feuilles est percée de pores microscopiques et nombreux (environ 10.000 par cm2): les stomates. C'est par ces orifices que le gaz carbonique (CO2) pénètre dans les feuilles, où il est utilisé comme matière première pour la synthèse de sucres par la plante, grâce au phénomène de photosynthèse. Mais, revers de la médaille, si le CO2 pénètre, l'eau de la plante s'échappe massivement par les stomates. Cette nécessaire transpiration explique pourquoi les plantes ont des besoins en eau si importants par rapport à leur taille. Quand la plante n'est pas bien alimentée en eau, pour éviter qu'elle ne se dessèche, les stomates se ferment. Le CO2 pénètre alors plus lentement dans les feuilles et la photosynthèse ralentit.

Les racines donnent l'alerte

Les chercheurs ont étudié le mécanisme physiologique de fermeture des stomates. Ils ont montré qu'en cas de déficit hydrique, les racines synthétisent une molécule, l'acide abscissique (ABA) qui est véhiculé par la sève jusqu'aux feuilles. L'ABA déclenche alors la fermeture des stomates. L'état hydrique des feuilles participe également à la régulation de l'ouverture des stomates.

Toutes les espèces végétales "n'utilisent" pas ces mécanismes de la même façon. Certaines, comme le maïs, le pois ou le peuplier contrôlent fortement l'état hydrique de leurs feuilles, qui est ainsi maintenu dans une gamme de variation étroite, quel que soit l'état hydrique du sol. D'autres, comme l'orge et le blé autorisent des variations de leur état hydrique beaucoup plus importantes.

Les chercheurs ont étudié les variations de ces mécanismes de contrôle stomatique au sein d'une même espèce entre des lignés sensibles ou tolérantes à la sécheresse. Des études menées sur l'orge et sur le cotonnier ont montré que la production d'ABA et son effet sur les stomates sont identiques chez les lignées tolérantes et sensibles. Par contre, les lignées tolérantes ont une croissance des feuilles plus lente et donc une transpiration plus faible. L'adaptation des plantes à la sécheresse repose donc largement sur leur capacité à adapter leur architecture pour éviter le stress (via la croissance des feuilles), et pas seulement sur leur réaction immédiate en cas de stress.

Les plantes contrôlent leur architecture pour supporter la sécheresse

Classiquement, dans les études sur les effets de la sécheresse, la réduction de la croissance de la plante n'était envisagée que comme une conséquence du manque d'eau. Aujourd'hui, les chercheurs ont repensé cette relation, et considèrent la régulation de la croissance de la surface foliaire et du système racinaire comme un moyen de s'adapter au déficit hydrique.

Ainsi, la croissance des feuilles est-elle directement régulée par les conditions climatiques: plus la demande évaporative est importante (atmosphère sèche, vent), plus la croissance des feuilles est faible, même pour des plantes bien alimentées en eau. Par ailleurs, en situation de déficit hydrique, un signal d'origine racinaire entraîne une réduction supplémentaire de la croissance des feuilles.

La réduction de la croissance des feuilles est généralement plus importante que la réduction de la photosynthèse. Il en résulte un excédent de sucres produits et donc une augmentation de leur teneur dans les feuilles. Les chercheurs étudient si un transport accru de sucres vers les racines ne contribue pas à un maintien, voire une augmentation de la croissance des racines.

A partir de ces résultats obtenus à l'échelle des organes de la plante, les chercheurs ont pu établir des modèles qui décrivent la réponse de la plante entière au déficit hydrique tout au long du cycle cultural. Ils ont par exemple montré, chez le pois, qu'un déficit hydrique entraîne un arrêt précoce de l'émission de nouvelles feuilles. L'intérêt de la modélisation est multiple: elle permet d'abord de rendre compte des phénomène observés.Elle peut également être utilisée pour reconstituer en fin de cycle, l'histoire de la culture et des stress qui ont pu l'affecter. Par ailleurs, comme les modèles ont un caractère général, ceux obtenus pour une espèce peuvent être extrapolés à d'autres espèces. Enfin, en mesurant l'écart entre le modèle et la réalité, il est possible d'analyser au sein d'une espèce donnée les différences de comportement entre plusieurs génotypes, et donc d'orienter la sélection de lignées
intéressantes.

A la recherche des gènes de résistance à la sécheresse

Il est inutile de rechercher le gène permettant aux plantes de pousser sans eau, l'absorption de C02 et la transpiration de la plante étant les deux manifestations indissociables d'un même phénomène, l'ouverture des stomates.

Les chercheurs s'orientent plutôt vers l'étude du déterminisme génétique de l'architecture des plantes et de sa régulation en conditions de stress hydrique. Ces mécanismes impliquent probablement un grand nombre de gènes, qui s'expriment de façon différente dans les divers organes de la plante. Les progrès de la génomique rendent aujourd'hui possible l'étude de l'expression des gènes et de leur variabilité au sein d'une espèce.

Un programme sur quatre ans associant des chercheurs en biologie végétale, génétique et agronomie a été mis en place en 1999. Ce programme ne se limite pas au stress hydrique, mais concerne également les autres contraintes environnementales. Il vise l'acquisition de connaissances ainsi que la construction, par voie génétique, de plantes mieux adaptées à des conditions de cultures difficiles.

(1) Laboratoire d'Écophysiologie des plantes sous stress environnementaux, Département environnement et agronomie, Centre de recherche de Montpellier,
Unité mixte de recherche de Biochimie et physiologie moléculaires des plantes, Département de biologie végétale, Centre de recherche de Montpellier,
Unité mixte de recherche de Génétique végétale, Département de génétique et amélioration des plantes, Centre de recherche de Versailles-Grignon

Presse Info - Juin/juillet 2000

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Institut National de la Recherche Agronomique

Source : http://www.inra.fr

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