Les chercheurs de l'Université de Tel-Aviv réussissent à cultiver des tomates qui consomment moins d'eau

Avancée scientifique dans le domaine de l'agriculture : le Prof. Shaul Yalovsky et le Dr. Nir Sade de la Faculté des sciences de la vie de l’Université de Tel-Aviv, avec une équipe de chercheurs de l’École des sciences végétales et de la sécurité alimentaire de l'université, ont réussi à faire pousser des variétés de tomates qui consomment moins d'eau tout en préservant leur rendement, leur qualité et leur goût, par l'utilisation de la technologie d'édition génétique CRISPR. La découverte contribuera à augmenter les rendements des plantes dans des conditions de sécheresse, apport très important compte tenu du changement des conditions climatiques.

Yalovsky Sade RAo pulliL'équipe comprenait le Dr. Mallikarjuna Rao Puli, alors post-doctorant du Prof.  Yalovsky, et Purity Muchoki, doctorante des Prof. Yalovsky et du Dr. Sade. Ont également participé à l'étude d’autres étudiants et postdoctorants de l’École des sciences végétales et de la sécurité alimentaire de l'UTA, ainsi que des chercheurs de l’Université Ben Gourion et de l’Université de l’Oregon. Ses résultats ont été publiés dans la revue scientifique PNAS.

Le lien entre le réchauffement global et l'efficacité du processus de photosynthèse

Selon les chercheurs, le réchauffement climatique et la diminution des ressources en eau potable provoquent une demande croissante de cultures agricoles consommant moins d'eau sans compromettre leur rendement. En même temps, comme ces cultures dépendent de l’eau pour croître et se développer, il est particulièrement difficile d’identifier les variétés végétales appropriées.

L'eau des plantes s'évaporent par des orifices à la surface des feuilles appelées stomates, par un processus appelé transpiration. En même temps, les plantes absorbent par ces mêmes orifices du dioxyde de carbone qu'elles transforment en sucre par un processus de photosynthèse. Les stomates des feuilles peuvent s'ouvrir et se fermer, la plante régulant ainsi sa gestion d'eau.

Les chercheurs soulignent qu’en cas de sécheresse, les plantes réagissent en fermant leurs stomates, pour réduire leur perte d’eau par transpiration. Le problème est qu'en raison du couplage inextricable entre les processus de transpiration et d'absorption du dioxyde de carbone, la fermeture des stomates entraîne une baisse de l'absorption du dioxyde de carbone par la plante, ce qui nuit à la photosynthèse, et donc à la production de sucre par la plante. Or les plantes utilisent ce sucre généré par la photosynthèse comme source d’énergie vitale, et donc une réduction de ce processus nuit à leur croissance.

Chez les plantes cultivées, la réduction du processus de photosynthèse se manifeste par une diminution à la fois de la quantité et de la qualité de la récolte. Chez les tomates, par exemple, ces dommages se traduisent par une diminution du nombre de fruits, de leur poids et de leur quantité de sucre. Les fruits à faible teneur en sucre seront moins savoureux et moins nutritifs.

« Nous avons changé les heures d'ouverture des stomates »

Dans la présente étude, les chercheurs ont induit une modification de la tomate grâce à l'édition génétique utilisant la méthode CRISPR, ciblant un gène connu sous le nom de ROP9. Les protéines ROP fonctionnent comme des interrupteurs, basculant entre un état actif ou inactif.

« Nous avons découvert que la désactivation du gène ROP9 par la technologie CRISPR provoque une fermeture partielle des stomates, en particulier vers midi, lorsque le taux de perte d'eau par transpiration est le plus élevé. En revanche, le matin et l’après-midi, lorsque ce taux est plus faible, aucune différence notable du taux de perte d’eau n'a été relevé entre les plantes témoins et les plantes où le gène ROP9 a été modifié. Comme les stomates sont restées ouvertes le matin et l’après-midi, les plantes ont pu absorber suffisamment de dioxyde de carbone, prévenant ainsi une baisse de la production de sucre par photosynthèse même à midi, où les stomates étaient plus fermés dans les plantes au gène ROP9 modifié », explique le Prof. Yalovsky.

Pour évaluer l’impact de l'altération du gène ROP9 sur le rendement, les chercheurs ont mené une expérience sur le terrain impliquant des centaines de plantes. Les résultats ont montré que même si les plantes au gène modifié perdent moins d’eau au cours du processus de transpiration, leur processus de photosynthèse ne subit aucun effet négatif. De même la quantité des fruits et leur qualité (leur quantité de sucre) restent inchangées. En outre, l’étude a identifié un mécanisme nouveau et inattendu de régulation de l’ouverture et de la fermeture des stomates, lié à leur niveau de substances oxydantes. Les résultats ont donc également des implications importantes au niveau de la recherche scientifique fondamentale.

« Il existe une grande similitude entre le gène ROP9 de la tomate et les protéines ROP présentes dans d'autres plantes cultivées telles que le poivron, l'aubergine et le blé. Par conséquent, les découvertes détaillées dans notre article pourront servir de base au développement d'autres plantes cultivées capables d'une utilisation plus efficace de l’eau, ainsi qu'à une compréhension plus approfondie des mécanismes à l’origine de l’ouverture et de la fermeture des stomates », conclut le Dr. Sade.

 

Photo:

De gauche à droite: le Dr. Nir Sade, la doctorante Purity Muchoki  et le Prof. Shaul Yalovsky

(Crédit: Université de Tel-Aviv)

 

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