Genetically engineered rice needs less fertilizer, makes more food

Genetically engineered rice needs less fertilizer, makes more food

Agrandir / Une rizière en terrasse au Vietnam.

L’engrais azoté est fabriqué à partir de gaz naturel. L’extraction et la combustion du gaz naturel nuisent à la vie sur notre planète, nous devrions donc probablement arrêter de le faire (ou du moins essayer de le réduire considérablement). Mais les cultures vivrières, comme toutes les plantes, ont besoin de cet azote. C’est toute une énigme, d’autant plus que la population humaine qui dépend de ces cultures devrait augmenter dans les décennies à venir, tandis que la superficie des terres arables devrait diminuer.

En réponse, des ingénieurs généticiens en Chine ont développé des cultures qui peuvent prospérer avec moins d’azote et ont créé une variété de riz dont le rendement est de 40 à 70 % supérieur à celui du riz normal. Il a plus de grain par branche, chaque particule de grain est plus grosse et plus dense, et les plantes fleurissent plus tôt. La plupart des méthodes de sélection actuellement utilisées dans les cultures céréalières ne peuvent conduire qu’à une augmentation de rendement de moins de 1 pour cent, c’est donc un gros problème.

Un gène en modifie plusieurs

Les scientifiques ont commencé par étudier des protéines appelées facteurs de transcription, qui contrôlent souvent l’expression d’un ensemble de gènes souvent impliqués dans divers aspects d’une même fonction physiologique. Dans ce cas, l’accent a été mis sur les facteurs de transcription déjà connus pour réguler la photosynthèse.

Pour trouver la cible parfaite, les chercheurs ont examiné un ensemble de 118 facteurs de transcription précédemment identifiés pour réguler la photosynthèse dans le riz et le maïs pour trouver ceux qui étaient également régulés positivement en réponse à la lumière et aux faibles niveaux d’azote. Lorsqu’ils en ont trouvé un, ils ont généré des lignées de riz transgéniques qui produisaient beaucoup. Surexprimer un facteur de transcription comme celui-ci au lieu des gènes individuels qu’il contrôle, c’est comme exiger de parler au responsable au lieu d’être renvoyé entre une variété de représentants du service client dans différents départements.

Les plants de riz obtenus ont été placés dans des champs aux conditions environnementales différentes : champs tempérés près de Pékin, champs tropicaux dans la province de Hainan et champs subtropicaux dans la province du Zhejiang.

Au cours de trois années, tous les plants de riz ont présenté une capacité photosynthétique plus élevée et une efficacité d’utilisation de l’azote plus élevée. Ils avaient plus de chlorophylle et des chloroplastes plus nombreux et plus gros que le riz de type sauvage. Ils avaient également une absorption d’azote plus efficace dans leurs racines que le riz de type sauvage, et ils avaient un transport plus efficace de cet azote des racines aux pousses que le riz de type sauvage. Cela a augmenté leur rendement en grain, même lorsque les plantes ont été cultivées avec moins d’engrais azoté.

D’autres expériences ont été faites avec des plantes transgéniques cultivées en culture hydroponique et dans des rizières, et elles se sont également bien comportées. Surexprimer le même facteur de transcription dans une souche de riz plus sophistiquée (Japonica, par opposition à la plus commune Oryza sativa qui a été utilisée dans la plupart des autres expériences), ainsi que dans le blé et Arabidopsis (l’organisme modèle le plus utilisé en biologie végétale) eu des effets similaires sur ces plantes importantes.

effets en aval

Ce facteur de transcription régule à la hausse l’activité de 345 gènes, dont la plupart sont connus pour réagir au sel, à la sécheresse et au stress dû au froid. Lorsque les scientifiques ont surexprimé l’un de ces gènes, impliqué dans la floraison précoce, les plantes ont fleuri plus tôt, mais ont rétréci et ont présenté des rendements en grains réduits. Cela est probablement dû au fait que le trait de floraison précoce isolé de l’utilisation plus élevée de carbone et d’azote conférée par le facteur de transcription n’a pas permis aux plantes d’accumuler suffisamment de ressources dans leur temps de croissance plus court.

Les auteurs suggèrent que l’édition du génome pourrait être utilisée à la place des techniques transgéniques sur lesquelles ils s’appuyaient pour surexprimer ce facteur de transcription dans d’autres cultures afin qu’elles aussi puissent obtenir un rendement plus élevé. De tels cultivars pourraient être utiles dans les cas où les saisons de croissance et l’espace sur le terrain peuvent être limités et que les engrais azotés peuvent être rares, vous savez, dans des scénarios rares comme les incendies de forêt, les inondations et les sécheresses. et la guerre

Sciences, 2022. DOI : 10.1126/science.abi8455

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