Des scientifiques découvrent une hormone végétale qui stimule la croissance de 30 %

Des scientifiques du NUS et du Centre d'ingénierie des sciences de la vie environnementale de Singapour (SCELSE) ont découvert l'un des outils naturels les plus puissants dans un arsenal pour lutter contre les défis agricoles d'aujourd'hui : les agromicrobiens – ou produits agrochimiques d'origine naturelle – qui peuvent améliorer la synergie entre les cultures et les microbes, et finalement améliorer le rendement et la productivité des cultures.

Dans une étude de cinq ans qui a débuté en 2018, les scientifiques ont découvert qu'une hormone protectrice bien connue généralement libérée par les plantes aériennes pendant les périodes de stress – un composé organique volatil (COV) connu sous le nom de jasmonate de méthyle (MeJA) – possédait jusqu'à présent un fonction inconnue. Ils ont découvert que MeJa servait de langage partagé, peut-être secret, permettant à une plante de communiquer avec les couches environnantes de micro-organismes incrustés dans le sol.

L’équipe de recherche a fait trois découvertes importantes :

• Grâce à un système de circulation d'air spécialement conçu, les scientifiques ont découvert, pour la première fois, que le MeJA est libéré sous terre par les racines des plantes sous une forme volatile ;
• La présence de MeJA volatile déclenche et favorise la formation de biofilms chez les bactéries situées à distance des racines des plantes ; et
• Ces bactéries présentes dans le biofilm libèrent un ensemble différent de composés volatils qui peuvent stimuler la croissance des plantes jusqu'à 30 %.

Les résultats ont été détaillés dans l'article intitulé “Le jasmonate de méthyle volatil des racines signale la formation de biofilms bénéfiques pour l'hôte par le microbiome du sol”, publié dans la revue Nature Chimique Biologie le 13 novembre 2023.

Le professeur agrégé Sanjay Swarup, chercheur principal au Centre de recherche sur l'agriculture urbaine durable (SUrF) de la Faculté des sciences de la NUS et directeur adjoint de la recherche au SCELSE, a déclaré : « L'impact de cette découverte est multiple et essentiel pour l'agriculture durable. L'exploitation de ces microbes agricoles augmentera non seulement la productivité des cultures, mais réduira également le besoin d'intrants synthétiques et atténuera l'impact environnemental des pratiques agricoles modernes.

Après avoir découvert le mode de communication naturel entre les plantes et les microbes bénéfiques, l'équipe de recherche a déposé un brevet pour l'utilisation de cette nouvelle application afin de l'améliorer afin d'améliorer la résilience et la productivité des systèmes agricoles. Le résultat pourrait être une nouvelle génération de produits agrochimiques ou de produits chimiques structurés par la nature qui pourraient être utilisés pour améliorer les bienfaits pour les plantes.

Les agromicrobiens peuvent influencer la croissance des plantes et contribuer à la sécurité alimentaire

Alors que la population mondiale devrait atteindre 10 milliards d’habitants d’ici 2050, assurer la sécurité alimentaire de ses habitants est devenu l’un des défis les plus urgents de ce siècle. Singapour, par exemple, s'est fixé un objectif « 30 x 30 » : être capable de produire 30 % de nos besoins nutritionnels d'ici 2030.

Pour atteindre ces objectifs, la productivité agricole doit de toute urgence faire face aux effets du changement climatique, de la dégradation des terres et des événements météorologiques de plus en plus imprévisibles. Les produits agromicrobiens – et les produits agrochimiques d’origine naturelle – apparaissent désormais comme une stratégie prometteuse pour une agriculture durable.

Les agromicrobiens englobent les communautés microbiennes associées aux cultures et remplissent des fonctions essentielles de promotion de la croissance des plantes, de prévention des maladies et de fixation de l’azote. Ils contribuent également à maintenir la fertilité du sol en décomposant la matière organique, en recyclant les nutriments et en créant de l'humus pour retenir l'humidité. Diverses communautés d’agromicrobiens peuvent être trouvées à l’intérieur des biofilms, où elles sont intégrées dans une matrice autoproduite.

Le « parfum » émis par les racines des plantes provoque un effet positif en cascade

Les COV MeJA parfumés peuvent avoir un impact sur les microbes à distance. Cela met en évidence le fait que le signal peut s'étendre au-delà de la rhizosphère immédiate de la plante (la niche entourant les racines des plantes où les molécules solubles et volatiles facilitent la communication entre les plantes et le microbiote associé).

Le premier co-auteur de l'article, le Dr Omkar Kulkarni, aujourd'hui chercheur au laboratoire commun L'Oréal-SCELSE, a déclaré : « Les plantes ne peuvent pas parler comme nous, mais elles ont leur façon élégante de converser sur de longues distances. Une découverte passionnante apportera non seulement des informations fondamentales sur les interactions plante-microbe, mais ouvrira également potentiellement la voie aux produits agrochimiques naturels. Le Dr Kulkarni a mené cette recherche dans le cadre de son doctorat. travaille au Département des sciences biologiques de la Faculté des sciences de la NUS.

Le Dr Mrinmoy Mazumder, chercheur NUS au SCELSE et premier co-auteur de l'article, a ajouté : « La communication médiée par les COV entre les plantes et les microbes de la rhizosphère s'étend sur la distance, orchestrant la collaboration harmonieuse de la nature. Cette découverte revêt une importance fondamentale et translationnelle pour la communauté scientifique, offrant des opportunités d'approfondir les connaissances mécanistes et de développer des solutions sur mesure pour la gestion du stress dans diverses variétés de cultures.