A genetic switch lets plants accept nitrogen-fixing bacteria
Un interrupteur génétique permet aux plantes d'accepter les bactéries fixatrices d'azote
Université d'Aarhus
Édité par Gaby Clark, révisé par Robert Egan
Note de la rédaction : L'orge fait partie des cultures qui semblent réagir positivement à une modification génétique lui permettant de fixer l'azote de l'air grâce à une symbiose avec des bactéries. Crédit : Cliff d'Arlington, Virginie, États-Unis (Wikimedia Commons)
Des chercheurs sont sur le point de comprendre comment certaines plantes survivent sans azote. Leurs travaux pourraient à terme réduire le besoin d'engrais chimiques pour des cultures comme le blé, le maïs ou le riz.
« Nous nous rapprochons d'une production alimentaire plus écologique et respectueuse du climat », affirment Kasper Røjkjær Andersen et Simona Radutoiu, tous deux professeurs de biologie moléculaire à l'Université d'Aarhus. Leurs résultats sont publiés dans la revue Nature.
Les deux chercheurs ont dirigé une nouvelle étude au cours de laquelle ils ont découvert un élément clé pour comprendre comment réduire le besoin d'engrais chimiques en agriculture.
Les plantes ont besoin d'azote pour croître, un nutriment que la plupart des cultures obtiennent exclusivement par le biais d'engrais. Seules quelques plantes, comme les pois, le trèfle et les haricots, peuvent s'en passer. Elles vivent en symbiose avec des bactéries spécifiques qui transforment l'azote atmosphérique en une forme assimilable par la plante.
Aujourd'hui, des chercheurs du monde entier s'efforcent de comprendre les mécanismes génétiques et moléculaires à l'origine de cette capacité particulière, afin de pouvoir un jour la transférer à des cultures telles que le blé, l'orge et le maïs.
Cela permettrait aux plantes d'être autosuffisantes en azote et de réduire ainsi le besoin d'engrais chimiques, qui représentent actuellement environ 2 % de la consommation énergétique mondiale et émettent d'importantes quantités de CO2.
Les chercheurs ont identifié les modifications subtiles des récepteurs des plantes qui les amènent à désactiver leur système immunitaire et à permettre une symbiose avec les bactéries fixatrices d'azote.
Ami ou ennemi ?
Les plantes utilisent des récepteurs à la surface de leurs cellules pour capter les signaux émis par les micro-organismes présents dans le sol.
Certaines bactéries émettent des substances chimiques signalant leur présence en tant qu'« ennemies » et incitant les plantes à se défendre. D'autres, en revanche, sont des « amies » qui contribuent à leur nutrition.
Les légumineuses, comme les pois, les haricots et le trèfle, attirent des bactéries spécifiques dans leurs racines. Ces bactéries transforment l'azote atmosphérique et le transmettent à la plante. Cette coopération, appelée symbiose, explique pourquoi les légumineuses peuvent pousser sans engrais artificiels.
Les chercheurs ont découvert que cette capacité est en grande partie régulée par deux acides aminés, deux petits éléments constitutifs d'une protéine présente dans les racines des plantes.
« Il s'agit d'une découverte remarquable et importante », souligne Radutoiu.
La protéine racinaire fonctionne comme un « récepteur » qui reçoit des signaux des bactéries. Elle détermine si la plante doit déclencher une réaction d'alarme (système immunitaire) ou accueillir les bactéries (symbiose).
Les chercheurs ont découvert une petite région dans la protéine qu'ils ont nommée Déterminant de Symbiose 1. Cette région agit comme un interrupteur, déterminant le message transmis à l'intérieur de la cellule végétale. En modifiant seulement deux acides aminés dans cet interrupteur, les chercheurs ont réussi à faire en sorte qu'un récepteur, qui déclenche normalement une réponse immunitaire, initie une symbiose avec des bactéries fixatrices d'azote.
« Nous avons démontré que deux petites modifications peuvent amener les plantes à modifier leur comportement sur un point crucial : passer du rejet des bactéries à la coopération avec elles », explique Radutoiu.
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Perspectives pour le blé, l'orge et le maïs
En laboratoire, les chercheurs ont réussi à modifier la plante Lotus japonicus. Mais le même principe s'est avéré efficace chez l'orge.
« Il est assez remarquable que nous puissions désormais prélever un récepteur d'orge, y apporter de légères modifications, et que la fixation de l'azote fonctionne à nouveau », explique Røjkjær Andersen.
Les perspectives sont vastes. Si cette modification peut être appliquée à d'autres cultures, il sera peut-être possible, à terme, de créer des céréales comme le blé, le maïs ou le riz capables de fixer l'azote elles-mêmes, à l'instar des légumineuses actuelles.
« Mais nous devons d'abord identifier les autres éléments clés », précise Radutoiu. « Seules quelques rares cultures sont capables de symbiose aujourd'hui. Si nous parvenons à étendre cette capacité aux cultures les plus répandues, cela pourrait avoir un impact considérable sur la quantité d'azote nécessaire. »
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RESUME
Un interrupteur génétique permet aux plantes d'accepter les bactéries fixatrices d'azote.
Une région protéique spécifique des racines, contrôlée par seulement deux acides aminés, agit comme un interrupteur qui détermine si les plantes rejettent ou acceptent les bactéries fixatrices d'azote. La modification de cette région permet aux plantes non légumineuses d'établir une symbiose, ce qui pourrait permettre aux principales cultures de fixer l'azote et de réduire ainsi la dépendance aux engrais chimiques et les émissions de CO₂ associées.
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COMMENTAIRES
Il y a par exemple en France un problème d utilisation forcenée des engrais azotés: le public se plaint de la pollution des rivières et des nappes phreatiques par l emploi exéssifs de ces substances ,notemment dans tout l ouest ....
Cet article pourrait permettre par modification subtile d aider les végétauc à mieux performer dans leur absorption de ces engais ...
Mais c est une ''manip de labo'' et il reste a savoir ce que ça couterait en développement grande échelle !!!
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More information: Simona Radutoiu, Two residues reprogram immunity receptors for nitrogen-fixing symbiosis, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09696-3. www.nature.com/articles/s41586-025-09696-3
Journal information: Nature
Provided by Aarhus University
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