211service.com
Cultures résistantes à la toxicité
Une grande partie des terres cultivées du monde contient de l'aluminium qui retarde les récoltes. Mais une nouvelle étude a trouvé un moyen de faire pousser les plantes en hauteur malgré les effets toxiques du métal. La découverte, par des biologistes végétaux de l'Université de Californie à Riverside, suggère que le génie génétique pourrait augmenter les rendements de champs qui ne sont pas idéaux aujourd'hui pour la culture de plantes.
Feuille d'aluminium : Lorsque l'aluminium dans les sols est activé par des conditions acides, il endommage l'ADN des plantes. En réponse, les cellules racinaires normales s'arrêtent au milieu de la division (rangée du haut). Mais chez les plantes présentant une mutation qui les rend aveugles aux dommages causés à l'ADN, les cellules racinaires continuent de se diviser, contournant les effets de retard de croissance de l'aluminium (rangée du bas).
L'aluminium est courant dans les sols - c'est un composant majeur de l'argile - mais ce n'est que dans les sols acides que le métal forme un ion qui peut se dissoudre dans les liquides et qui est toxique pour les plantes. Les sols acides représentent cependant jusqu'à la moitié des terres cultivées du monde, et la toxicité de l'aluminium est le principal facteur qui freine la croissance des cultures dans près de 20 pour cent des sols arables du monde, y compris de vastes régions des États-Unis à l'est du fleuve Mississippi et du nord-ouest de l'Europe. .
Le problème est que nous avons toutes ces plantes cultivées - blé, maïs et orge, etc. - qui n'ont pas évolué ou ne se sont pas développées sur des sols toxiques pour l'aluminium, directeur d'étude et professeur de biochimie Paul Larsen dit. Ils n'ont pas de résistance naturelle ou de tolérance à l'aluminium. Les sélectionneurs de plantes travaillent au développement de souches capables de mieux résister à l'aluminium toxique, mais ils n'ont pu apporter que des améliorations progressives, dit Larsen.
Dans une étude en Biologie actuelle , Larsen et sa collègue Megan Rounds ont découvert une simple mutation d'un seul gène qui permet aux plantes de prospérer malgré des niveaux d'aluminium qui seraient normalement toxiques. Larsen et Rounds ont découvert le gène, appelé AtATR, en passant au peigne fin des mutants de Arabidopsis , un membre de la famille de la moutarde qui est couramment utilisé dans les études de phytogénétique. Le gène est lié à une famille de protéines connues pour aider à trouver et à répondre aux dommages à l'ADN dans presque tous les organismes multicellulaires.
Les ions d'aluminium toxiques sont connus pour endommager l'ADN, et la nouvelle étude suggère que les plantes réagissent en arrêtant la croissance des cellules à l'extrémité de leurs racines lorsqu'elles accumulent trop de dommages à l'ADN. Les plantes peuvent avoir développé cette réponse pour les aider, au fil des générations, à faire face aux effets toxiques de l'aluminium, spécule Larsen. Mais à court terme, cela signifie que les plantes sont en moins bonne santé et sont rabougries et plus vulnérables aux facteurs de stress tels que les sécheresses.
Mais la mutation nouvellement identifiée inactive la protéine AtATR, de sorte que les cellules ne répondent pas aux dommages à l'ADN en arrêtant la division cellulaire, contournant ainsi ce point de contrôle, dit Larsen. La plante est effectivement aveugle à ce qui se passe dans la cellule. Ainsi, les plantes mutantes peuvent maintenir des niveaux de croissance élevés en présence de niveaux toxiques d'aluminium, même si elles subissent des dommages à l'ADN.
On ne sait pas encore combien de dommages à l'ADN les plantes subissent, dit Larsen. Mais la stratégie pourrait fonctionner pour promouvoir la croissance à court terme même si elle sacrifierait l'ADN des plantes. Pour éviter les dommages à l'ADN qui s'accumulent au fil des générations de croissance sur des sols riches en aluminium, les agriculteurs pourraient obtenir des graines de plantes mutantes cultivées sur un sol sans aluminium. Cela refléterait la façon dont les agriculteurs des pays industrialisés utilisent les semences hybrides des agro-industries plutôt que de conserver leurs propres semences pour planter d'autres générations de cultures.
Le travail fournit la première preuve convaincante d'un mécanisme qui explique l'effet toxique de [l'aluminium] sur la croissance des racines, selon un biologiste végétal Manny Delhaize du Centre de l'industrie des plantes de l'Organisation de recherche scientifique et industrielle du Commonwealth, à Canberra, en Australie. Il existe de nombreuses théories sur la façon dont l'aluminium arrête la croissance des racines, et ce travail fournit des preuves convaincantes concernant le processus moléculaire impliqué. Delhaize dit qu'une autre méthode pour maintenir des taux de croissance élevés, tout en limitant les dommages à l'ADN, pourrait consister à concevoir des plantes de sorte que leurs extrémités racinaires expriment des molécules qui inactiveraient AtATR.
Cependant, une telle approche ciblée peut ne pas être nécessaire, soutient Larsen. Même après avoir cultivé les plantes mutantes sur des sols contenant de l'aluminium pendant plusieurs générations, il n'y a pas d'effets délétères évidents sur la croissance, la viabilité ou la production de graines, dit-il.