EXPO 40 ans BCCM: Les stimulateurs de plantes

Les rhibozobium

Les rhizobiums (comme Mesorhizobium ventifaucium LMG 29643T) sont un groupe de bactéries fixatrices d'azote qui forment une relation symbiotique avec les légumineuses, telles que les haricots, les pois et le trèfle. Ce partenariat a plusieurs effets positifs sur la croissance des plantes, qui sont essentiels à la fois pour la plante et pour l'écosystème environnant :

• Fixation de l'azote : Les rhizobiums ont la remarquable capacité de convertir l'azote atmosphérique (N₂) en ammoniac (NH₃) par un processus appelé fixation de l'azote. Les rhizobiums fournissent aux plantes une source directe d'azote fixé, qui est facilement assimilable par les plantes. Cela peut améliorer de manière significative l'approvisionnement en azote de la plante, favorisant ainsi une croissance luxuriante et vigoureuse. En outre, les agriculteurs peuvent réduire leur dépendance à l'égard des engrais azotés synthétiques.
• Amélioration de la santé des plantes : Les rhizobiums stimulent également la croissance des plantes par la production de substances favorisant la croissance, telles que les auxines. Cela peut conduire à des plantes plus saines et plus robustes, mieux équipées pour résister aux facteurs de stress environnementaux tels que la sécheresse et les maladies.
• Amélioration des sols : La présence de rhizobiums dans les nodules racinaires des légumineuses peut améliorer la structure du sol et sa teneur en éléments nutritifs. La matière organique produite par la décomposition des nodules racinaires contribue à la fertilité du sol au fil du temps, ce qui profite à d'autres plantes non légumineuses de l'écosystème.

Nostoc sp. (ULC 046)

L'azote (N) est un élément essentiel pour la croissance et le développement des plantes. Actuellement, le rendement des cultures dépend d'apports importants d'engrais à base d'azote, qui sont coûteux et limités. Certains micro-organismes procaryotes, tels que les cyanobactéries, fixent l'azote, convertissant l'azote gazeux de l'atmosphère en ammoniac, une source d'azote assimilable par les plantes. En conséquence, les souches de cyanobactéries peuvent être utilisées comme biofertilisants, comme dans la culture du riz, en association avec la fougère Azolla. L'intégration des cyanobactéries dans les systèmes agricoles permet également de réduire d'autres effets négatifs sur l'environnement, tels que la pollution de l'eau et les émissions de gaz à effet de serre.

Les champignons mycorrhiziens à arbuscules

L'un des principaux défis du XXI^e siècle est la production durable de denrées alimentaires pour une population en constante augmentation, qui devrait atteindre 9,7 milliards de personnes d'ici 2050 (Nations unies, 2019). L'augmentation des rendements des systèmes de production alimentaire au cours des deux derniers siècles a été fortement tributaire des pesticides chimiques et des engrais minéraux. Cependant, ces produits font partie des processus de production les plus énergivores au monde et dépendent souvent de ressources limitées telles que les engrais phosphorés. L'utilisation intensive d'engrais dans les systèmes de production alimentaire est un facteur majeur contribuant aux émissions de gaz à effet de serre de l'agriculture mondiale et peut avoir de graves effets négatifs sur la biodiversité et la durabilité de l'environnement. Parmi les autres problèmes urgents, citons le développement de la résistance aux pesticides, l'émergence de nouveaux agents pathogènes pour les cultures et la demande croissante des consommateurs pour des aliments sans pesticides. L'intérêt de réduire notre empreinte agricole et notre dépendance à l'égard des produits agrochimiques par l'utilisation de biostimulants, y compris d'inoculants microbiens, se fait rapidement sentir (Salomon et al., 2022).

De nombreux micro-organismes vivant dans la rhizosphère peuvent être utilisés comme biofertilisants et biopesticides. Parmi eux, les champignons mycorhiziens à arbuscules sont bénéfiques pour la croissance, la nutrition et la protection des plantes contre les stress. Ces organismes vivent en association avec plus de 72 % des espèces végétales, dont la plupart, voire la totalité, des cultures agricoles et horticoles importantes. Ces organismes forment un réseau complexe d'hyphes à l'intérieur des racines et se développent abondamment dans le sol, étendant la zone d'exploration de la racine jusqu'à 700 fois. Ces minuscules hyphes sont capables d'absorber des nutriments tels que le phosphore et l'azote dans le sol qui ne sont pas accessibles aux racines et de les transporter jusqu'à leur hôte, nourrissant ainsi la plante en échange de ressources en carbone issues de la photosynthèse. Ces champignons améliorent ainsi la vigueur et le rendement des plantes et ont un potentiel important pour réduire la demande en produits agrochimiques. Le développement de produits microbiens avec ces symbiotes racinaires a pris de l'importance parce qu'ils ont le potentiel d'augmenter la productivité agricole et la résistance des rendements pour une production alimentaire durable.

Establishing a quality management framework for commercial inoculants containing arbuscular mycorrhizal fungi. Salomon et al., iScience (2022).

Cultures génétiquement modifiées

Les plasmides sont de petites molécules d'ADN circulaires naturellement présentes dans les bactéries et les levures. Les plasmides artificiels sont devenus des outils essentiels de la biotechnologie et, parmi leurs nombreuses applications, le développement des cultures génétiquement modifiées (OGM) est probablement la plus connue. Les plasmides peuvent être utilisés pour introduire de nouveaux gènes dans les plantes, ce qui peut rendre les cultures plus résistantes aux sécheresses et aux parasites, augmenter le rendement par hectare et améliorer la valeur nutritionnelle et la durée de conservation des aliments récoltés.

Si, en principe, le génie génétique est une forme améliorée de la sélection végétale traditionnelle, des inquiétudes subsistent quant à l'impact des gènes étrangers sur la santé des consommateurs et l'environnement, et quant aux conséquences sur le modèle économique de l'agriculture.