Une équipe de chercheurs de l’Université du Texas à Austin travaillant en collaboration avec des scientifiques de l’USDA – ARS Grassland, Soil and Water Research Lab, ont reçu une subvention de 4,6 millions de dollars pour mener une étude sur le comportement du "switchgrass" ou Panic érigé (Panicum virgatum), et son adaptation aux changements climatiques et en l’occurrence ici la sécheresse. Le Panic érigé est une espèce de céréales indigène des plaines des Etats-Unis, prometteuse pour l’industrie des biocarburants. Les principaux chercheurs travaillant sur ce projet sont : Tom Juenger, Christine Hawkes et Tim Keitt de la School of Biological Sciences. Ce projet est subventionné par le Plants Genome Research Program de la National Science Foundation.
La recherche agronomique sur le "switchgrass" avait déjà été abordée dans un précédent BE Etats-Unis [1]. Les recherches évoquées alors étaient axées sur l’amélioration des rendements des semences de cette céréale dans le but d’adapter la plante à un sol et un climat spécifiques d’une région des Etats-Unis. Ici l’objectif est désormais de se baser sur les prévisions des changements climatiques afin de déterminer les régions agricoles et les variétés qui seraient productives dans 20 ou 40 ans. Pour cela, les scientifiques vont étudier l’adaptation du "switchgrass" à la sécheresse et tenter de découvrir les nombreux mécanismes génétiques sous-jacents. Le rôle de l’USDA dans ce projet sera d’accompagner les chercheurs dans le transfert de leurs découvertes à l’industrie des biocarburants.
Pour ces travaux les chercheurs utiliseront comme modèle l’espèce Arabidopsis thaliana pour comprendre les bases génétiques responsables des caractères physiologiques de la plante. Ces travaux prendront donc en compte deux aspects de la biologie de la plante : la physiologie et la génétique.
Une partie des recherches consiste en l’identification des mécanismes génétiques permettant la résistance à la sécheresse et l’adaptation de cette espèce. Les principales approches visent à mieux comprendre le fonctionnement de la plante, sa tolérance au stress en clonant les gènes qui, par exemple, régulent la capacité de photosynthèse, la conductance stomacale et l’efficacité de la transpiration ou de l’utilisation de l’eau. Leur stratégie ici se concentre sur la recherche d’allèles qui sont apparus à l’issue de processus de mutations naturelles et qui ont évolué par dérive, sélection, et recombinaison dans les populations naturelles. Idéalement les chercheurs espèrent cloner les gènes qui sont à la base des adaptations locales des populations d’Arabidopsis thaliana. Leur stratégie repose, entre autres, sur une cartographie des QTL (quantitative trait locus) et des études de l’expression des gènes.
Dans le but d’étudier la réponse du "switchgrass" à la sécheresse d’un point de vue physiologique, les chercheurs se proposent d’utiliser la démarche suivante : planter à la fois la variété de Panic érigé qu’ils auront développée et la variété indigène qu’ils placeront toutes deux en condition de sécheresse selon les prévisions tenant compte des effets des changements climatiques, réalisées dans différents régions des Etats-Unis. Ils seront alors en mesure de comparer la réponse écologique et génétique de la plante aux conditions de sécheresse et ainsi d’identifier les variétés de "switchgrass" les plus prometteuses pour la production de biocarburants. Les scientifiques s’intéresseront aux paramètres physiologiques suivants: la consommation de CO2 (photosynthèse A) et la déperdition d’eau (transpiration E) qui se font toutes les deux par l’intermédiaire des stomates. L’efficacité avec laquelle les plantes fixent le CO2 relativement au taux de pertes d’eau est appelée efficacité d’utilisation de l’eau ou Water Use Efficiency (WUE =A/E) et lorsque ce rapport est grand le WUE peut diminuer le compromis entre consommation de CO2 pour la croissance et la perte d’eau. Dans certains cas, ce rapport WUE peut être estimé par le rapport entre les isotopes de carbone 13 et 12, et ce ratio appelé D13C a été utilisé avec succès pour déterminer le rôle du WUE dans l’adaptation à la sécheresse dans de nombreuses études.
Ces avancées sur la génétique, la physiologie et l’écologie de la plante permettront d’une part d’améliorer les prédictions sur la manière dont les changements climatiques vont affecter la production de "switchgrass" et d’autre part de mettre au point un nouveau modèle prédictif qui ne sera plus basé sur les données environnementales seulement, mais qui tiendra compte de l’aspect biologique de la plante. Il reste cependant à voir si des prédictions basées sur la biologie seront cohérentes avec celles réalisées sur une base environnementale.
Source :
– [1] La société Ceres et l’université de Géorgie s’associent pour le développement des biocarburants de seconde génération – BE Etats-Unis 162 – Lila Laborde – 17/04/2009 – https://www.bulletins-electroniques.com/actualites/58692.htm
– Professors receive $4.6 million to study impact of climate change on potential biofuel source – University of Texas at Austin / College of Natural Sciences – 26/10/2009 – https://cns.utexas.edu/news/524-switchgrass-biofuel
– The Juenger Laboratory, Section of Integrative Biology, The University of Texas at Austin – Research Interests / Arabidopsis research – https://webspace.utexas.edu/tjuenger/https://www/
Pour en savoir plus, contacts :
– The Juenger Laboratory, Section of Integrative Biology, The University of Texas at Austin – https://webspace.utexas.edu/tjuenger/https://www/
– NSF – Award Abstract #0922457, The Physiological Genomics of Panicum: Exploring Switchgrass Responses to Climate Change – https://www.nsf.gov/awardsearch/showAward.do?AwardNumber=0922457
Code brève
ADIT : 61135
Rédacteur :
Magali Muller, [email protected] Adèle Martial, [email protected]
