Ces scientifiques ont récemment a publié un article détaillant une nouvelle technique de sélection végétale cela pourrait révolutionner la façon dont nous cultivons et accélérer la vitesse à laquelle nous pouvons développer des plantes plus résistantes, plus saines et plus polyvalentes face au changement climatique. À mesure que le climat change, la productivité d’une usine dans une région donnée évolue également. La clé d’un avenir bien nourri réside peut-être dans une variété de cultures résilientes, capables de pousser dans diverses conditions environnementales.
« De nombreux scientifiques disaient que c’était impossible. C’était une idée tellement radicale qu’ils nous ont dit que nous ne pouvions pas le faire.
« Le taux de progrès de la plupart des programmes de sélection végétale est en retard par rapport aux demandes posées par une population croissante. »
Brande Wulff, généticien des cultures au John Innes Center au Royaume-Uni et auteur de l'article, explique à Digital Trends. « En accélérant la croissance et la reproduction des cultures, les scientifiques et les sélectionneurs du monde entier pourront cultiver et concevoir des plantes plus nutritives, résistantes aux maladies et mieux adaptées au monde de demain climat."Baptisée à juste titre « sélection rapide », il a déjà été démontré que cette méthode permettait de faire pousser du blé – de graine en graine – en seulement huit semaines. C’est trois fois plus rapide que la technique de sélection qui a déclenché le La Revolution verte. Même s’il n’en est encore qu’à ses débuts, les résultats de la reproduction rapide incitent certains analystes à le considérer comme un outil essentiel dans l’avènement d’une nouvelle ère agricole.
Origines de l'espace extra-atmosphérique
Il n’est peut-être pas surprenant que le concept de reproduction rapide soit né à la NASA. Tout en réfléchissant aux moyens de cultiver du blé Cosmos, les scientifiques de l'agence ont eu cette idée folle – pourquoi pas draper les plantes dans une lumière constante, leur permettant de mûrir plus rapidement? Après tout, les plantes aiment la lumière. Ils en ont soif, combinant des photons avec du dioxyde de carbone et de l'eau pour créer les sucres dont ils ont besoin pour croître. Une lumière continue peut signifier une croissance continue. Simple, non ?
Le Dr Brande Wulff (à gauche) et le Dr Lee Hickey examinent les cultures de blé de sélection rapide. Photo: Hickey Lab/Université du Queensland
"Beaucoup de scientifiques disaient que c'était impossible" Lee Hickey, spécialiste des cultures à l’Université du Queensland et l’un des premiers à adopter le plan de la NASA il y a dix ans, a déclaré à Digital Trends. « C’était une idée tellement radicale qu’ils nous ont dit que nous ne pouvions pas la réaliser. »
Mais Lee et son équipe n’ont pas été impressionnés par les opposants. Fidèles à la méthode scientifique, ils ont « tenté le coup » en concevant des expériences pour tester si des régimes lumineux intensifs augmenteraient la productivité des plantes.
Ce n’est pas le cas. Lorsque les scientifiques ont cultivé pour la première fois du blé dans un système de sélection rapide, « ils avaient l’air épouvantables », dit Hickey, « vraiment maigres ». Mais grâce à une série d'expériences qui ont optimisé des choses comme la nutrition, l'approvisionnement en eau, la fréquence de la lumière et la température de la serre, les graminées ont commencé à mûrir plus rapidement et mieux, montrant même une productivité céréalière supérieure à celle cultivée en serre conventionnelle. blé.
Lee, Wright et leurs collègues, y compris des chercheurs de l'Université de Sydney, ont opté pour un régime d'éclairage qui ferait reculer même les plus fervents adorateurs du Soleil. Les cultures à « jours longs » comme le blé, l’orge et les pois chiches (qui fleurissent en réponse à des cycles de jours plus longs) sont exposé à jusqu'à 22 heures de lumière continue par jour, diffusé par des lampes LED suspendues au-dessus de la culture des lits.
Le besoin de vitesse
Dans le cadre du protocole de sélection rapide, des plantes comme le blé peuvent passer d'une graine à l'autre en seulement huit semaines, ce qui signifie que les sélectionneurs peuvent produire jusqu'à six générations chaque année.
« La véritable innovation dont ils font preuve ici est de pouvoir changer de génération très rapidement. C’est un aspect clé de la sélection végétale.
« La véritable innovation dont ils font preuve ici est de pouvoir changer de génération très rapidement. » Charles Brummer, un spécialiste des cultures de l'UC Davis et ancien président de la Crops Science Society of America, qui n'a pas été impliqué dans l'étude, a déclaré. "C'est un aspect clé de la sélection végétale."
À chaque nouvelle génération, les chercheurs tentent de produire des caractères souhaitables tout en éliminant les caractères indésirables. Plus vite ils peuvent faire passer une génération d’une graine à l’autre, plus vite ils peuvent supprimer les traits indésirables tout en favorisant ceux qui sont recherchés.
Prenons, par exemple, la germination avant récolte (PHS), un phénomène qui provoque la germination prématurée du blé en raison de pluies prolongées et d'une humidité élevée.
"C'est un problème majeur en Australie car toutes nos variétés sont sensibles", explique Hickey.
La sensibilité au PHS est au moins partiellement contrôlée par la génétique, donc par la sélection sélective et le croisement de différents blés. variétés, les chercheurs visent à éliminer ce trait génétique, rendant les futures générations de blé plus résilientes aux fortes précipitations et humidité. La société Dow AgroSciences a déjà adopté la technique du speed-breeding et développé une variété de blé résistante au PHS.
C’est aussi simple que cela: augmentez la vitesse d’une culture d’une graine à l’autre et vous permettez aux sélectionneurs de développer plus facilement les cultures désirables. Multipliez-le par trois et vous leur donnez un outil exceptionnel pour créer des cultures d’élite.
La sélection végétale de l’ère spatiale ouvre la voie aux cultures futures
"De nombreux gènes de résistance aux maladies peuvent être trouvés chez des parents sauvages de nos plantes cultivées domestiquées", explique Wulff, "mais le croisement un gène de résistance aux maladies provenant d’un blé sauvage dans un cultivar d’élite domestiqué, c’est comme élever un cheval de course avec un âne! Il faut de très nombreuses années… pour combiner le meilleur des deux mondes. La sélection rapide peut accélérer ce processus et réduire le temps requis pour développer un nouveau cultivar de blé doté de caractéristiques supérieures.
Brummer le dit sans détour. « Aller plus vite est la clé du jeu », dit-il. "C'est une façon d'avancer beaucoup plus rapidement."
Champs de rêves
Cependant, la majeure partie du blé qui entre dans la composition de nos pâtes et de notre pain n’est pas cultivée sous serre, et une grande partie suit les étapes initiales de sélection.
« Le véritable impact viendra de la combinaison de cet outil avec d’autres technologies dont nous disposons et qui évoluent rapidement dans le domaine de la sélection végétale. »
"À un certain niveau, quels que soient les outils génomiques que vous utilisez, vous devez mettre des plantes sur le terrain et voir comment elles fonctionnent", explique Brummer.
C’est sur le terrain que les expérimentations en serre sont mises à l’épreuve. Une variété de culture peut donner de bons résultats dans un environnement artificiel, où la température, l'approvisionnement en eau et les régimes d'éclairage sont facilement modifiés. réglementé, mais s’il ne prospère pas dans les champs, où sont cultivées la grande majorité de nos cultures, alors c’est pratiquement un raté. Les nouvelles variétés de blé doivent être productives malgré les éléments pour que les agriculteurs puissent les adopter.
« Les tests sur le terrain sont extrêmement essentiels », déclare Hickey. « Nous devons avoir cela et nous assurer que les variétés que nous proposons aux agriculteurs sont éprouvées et ont fait leurs preuves. Ils doivent encore passer par ces trois ou quatre années d’évaluation sur le terrain.
Pourtant, même en calculant sur les quelques années d'essais sur le terrain, Hickey estime que la reproduction rapide peut se dérouler en quatre ou cinq cycles de reproduction avant 2050, lorsque la population sera devrait dépasser neuf milliards et le changement climatique sera tangible dans le monde entier. L’espoir est que, dans les prochaines décennies, les sélectionneurs pourront développer des variétés suffisamment résistantes pour résister aux aléas de l’environnement.
Hickey Lab/Université du Queensland
« Le temps et le climat changent constamment dans une certaine mesure, mais ce que nous constatons maintenant, c'est que le climat est en train de changer. change plus rapidement, et peut-être que nous assistons à des conditions météorologiques plus extrêmes en conséquence », Brummer dit. « Peut-être que les nouvelles variétés adaptées à une région particulière doivent être plus pointues, nous devrons donc sélectionner plus rapidement et développer plus de variétés que par le passé. C’est là que cette méthode pourrait aider. Tout ce que vous pouvez faire pour raccourcir ce délai pour mettre de nouvelles variétés végétales sur le terrain sera utile.
Défis à venir
Jusqu'à présent, la sélection rapide a montré le plus grand potentiel chez les espèces à jours longs qui fleurissent en réponse à des températures plus longues. jours, ce qui donne à Hickey et à ses collègues la certitude qu'il fonctionnera avec des plantes comme le tournesol, le poivre et un radis.
« Il sera plus délicat d’appliquer la sélection rapide aux espèces à jours courts comme le riz, le maïs et le sorgho », dit-il, « mais je pense qu’il est possible d’optimiser un système de cycles rapides. Il s’agit simplement d’ajuster la photopériode et les régimes de température.
En fait, bien que les arachides soient une espèce à « jours courts », certains chercheurs ont déjà montré que la sélection rapide profite également à ces légumineuses.
"Nous utilisons avec succès la technique de sélection rapide développée par les chercheurs de l'UQ sur l'arachide depuis plusieurs années maintenant", explique Graeme Wright, sélectionneur de la Peanut Company of Australia. Wright pense que les longs intervalles de lumière utilisés dans la sélection rapide pourraient en fait sélectionner des plantes individuelles insensibles à la longueur du jour, ce qu'il dit que c'est « un trait souhaitable car cela signifie… que les variétés développées devraient avoir une large adaptation à la latitude, avec une croissance reproductive ne dépendant pas du jour » longueur."
CRISPR et au-delà
Cette nouvelle méthode doit être considérée comme une munition que les sélectionneurs peuvent ajouter à un arsenal croissant d’armes génétiques. Au cours des dernières années, les progrès de la génomique ont permis aux scientifiques d’utiliser des outils d’édition génétique comme CRISPR modifier les génomes pour inclure des choses comme résistance à la sécheresse et nutrition supérieure.
« L'élevage rapide est l'un des outils du hangar », explique Hickey. « Le véritable impact viendra de la combinaison de cet outil avec d’autres technologies dont nous disposons et qui évoluent rapidement dans le domaine de la sélection végétale. CRISPR, outils génomiques, sélection génomique et prédiction.
Mais les chercheurs reconnaissent qu’il ne sera pas facile de convertir tous les éleveurs au régime de reproduction rapide. Les vieilles habitudes ont la vie dure et les scientifiques sont intrinsèquement sceptiques. Ajoutez à cela les changements d’infrastructure nécessaires à la transition vers une telle méthode, et il est clair que le chemin à parcourir est semé d’embûches. Pourtant, avec leur article récemment publié, Hickey et Wright espèrent que d’autres sélectionneurs et chercheurs verront le potentiel de leur technique.
À ceux qui souhaitent adopter l’élevage rapide, Hickey a une suggestion simple sur la façon de commencer: « Laissez simplement les lumières allumées, mon pote. »
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