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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