Après plus de 10 ans d’efforts, une équipe collaborative impliquant des scientifiques de l’Université de Lancaster au Royaume-Uni et dirigée par l’Université de l’Illinois a modifié de manière transgénique les plants de soja pour augmenter l’efficacité de la photosynthèse, ce qui a entraîné des rendements plus élevés – de plus de 30% – sans perte de qualité.

De tels résultats ne peuvent pas arriver à un moment plus crucial, ont-ils déclaré. Le dernier rapport de l’ONU, The State of Food Security and Nutrition in the World 2022, a révélé qu’en 2021, près de 10% de la population mondiale souffrait de la faim. Selon l’UNICEF, d’ici 2030, plus de 660 millions de personnes devraient être confrontées à la pénurie alimentaire et à la malnutrition. Deux des principales causes en sont l’inefficacité des chaînes d’approvisionnement alimentaire et les conditions de croissance plus difficiles pour les cultures en raison du changement climatique.

Pour y remédier, le projet de recherche international RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency) a été créé, soutenu par la Fondation Bill et Melinda Gates et le gouvernement britannique, visant à augmenter la production alimentaire mondiale en améliorant l’efficacité photosynthétique des cultures vivrières pour les petits exploitants agricoles d’Afrique subsaharienne.

Améliorer l’accès à la nourriture et améliorer la durabilité des cultures vivrières dans les zones pauvres sont les principaux objectifs de cette étude, a expliqué Amanda De Souza, chercheuse au RIPE et auteure principale.

« Le nombre de personnes touchées par l’insuffisance alimentaire continue de croître, et les projections montrent clairement qu’il faut un changement au niveau de l’approvisionnement alimentaire pour changer la trajectoire . »», a-t-elle dit. « Nos recherches montrent un moyen efficace de contribuer à la sécurité alimentaire des personnes qui en ont le plus besoin tout en évitant que davantage de terres soient mises en production. L’amélioration de la photosynthèse est une opportunité majeure pour obtenir le potentiel de rendement nécessaire. »

La photosynthèse, le processus naturel que toutes les plantes utilisent pour convertir la lumière du soleil en énergie et en rendement, est un processus étonnamment inefficace de plus de 100 étapes que les chercheurs du RIPE s’efforcent d’améliorer depuis plus d’une décennie.

Dans ce travail unique en son genre, récemment publié dans Science, le groupe a amélioré la photosynthèse dans les fèves de soja en introduisant des gènes d’une autre plante, puis a mené des essais sur le terrain pour voir si le rendement serait amélioré en conséquence.

Les plants de soja issus de la bio-ingénierie ont amélioré le rendement en graines de soja jusqu’à 33% lors d’essais sur le terrain, ont rapporté les chercheurs.

« Malgré un rendement plus élevé, la teneur en protéines des graines était inchangée » a expliqué le professeur Stephen Long, directeur du RIPE, également professeur distingué en sciences des cultures à l’Université de Lancaster. « Cela suggère qu’une partie de l’énergie supplémentaire obtenue grâce à l’amélioration de la photosynthèse a probablement été détournée vers les bactéries fixatrices d’azote dans les nodules de la plante. »

« Le fait d’avoir maintenant montré des augmentations de rendement très substantielles dans le tabac et le soja, deux cultures très différentes, suggère que cela a une applicabilité universelle. »dit Long. « Notre étude montre que la réalisation d’améliorations de rendement est fortement affectée par l’environnement. Il est essentiel de déterminer la répétabilité de ce résultat dans tous les environnements et d’autres améliorations pour assurer la stabilité environnementale du gain. »

Long a déclaré que la recherche ouvrira la voie à d’autres découvertes dans ce domaine. « Cela a été une route de plus d’un quart de siècle pour moi personnellement. En commençant d’abord par une analyse théorique de l’efficacité théorique de la photosynthèse des cultures, la simulation du processus complet par calcul haute performance, suivie par l’application de routines d’optimisation qui indiquaient plusieurs goulots d’étranglement dans le processus dans nos cultures. Le soutien financier au cours des dix dernières années nous a permis de concevoir l’atténuation de certains de ces goulots d’étranglement indiqués et de tester les produits à l’échelle du terrain. Après des années d’épreuves et de tribulations, c’est merveilleusement gratifiant de voir un résultat aussi spectaculaire pour l’équipe. »

D’autres essais sur le terrain de ces plants de soja transgéniques sont menés cette année, et les résultats sont attendus au début de 2023.

« L’impact majeur de ce travail est d’ouvrir la voie pour montrer que nous pouvons bio-concevoir la photosynthèse et améliorer les rendements pour augmenter la production alimentaire dans les principales cultures . » dit De Souza. « C’est le début de la confirmation que les idées ancrées dans le projet RIPE sont un moyen efficace d’améliorer le rendement des principales cultures vivrières. »

Référence

L’accélération de la récupération de la photoprotection dans les plants de soja augmente le rendement des cultures

Science

DOI: 10.1126/science.adc9831

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