Colorado State University : une avancée pour l’immunité des plantes sans freiner la croissance, vers une Révolution verte « verte »

Les plantes livrent un combat quotidien contre les maladies, mais cette défense a souvent un revers. Dès qu’une plante active son système immunitaire, sa croissance ralentit généralement. Pour les agriculteurs qui misent sur des cultures vigoureuses et productives, ce compromis peut se traduire par une baisse de la production alimentaire.

Des chercheuses et chercheurs de la Colorado State University viennent toutefois d’identifier une approche permettant aux plantes de rester protégées sans pénaliser leur développement. Une avancée qui pourrait influencer durablement l’avenir de la production alimentaire à l’échelle mondiale.

Les plantes tombent malades, elles aussi

Comme les êtres humains, les plantes disposent d’un système de défense. Lorsqu’un insecte les attaque ou qu’un agent pathogène les infecte, elles déclenchent rapidement des mécanismes de protection. Pour faire face à la menace, elles libèrent notamment des hormones qui augmentent leurs chances de survie.

Mais cette réaction a un coût. Quand la plante priorise la protection, elle consacre moins d’énergie à la croissance, un peu comme une personne qui se sent affaiblie ou épuisée lorsqu’elle lutte contre une infection.

Pour des cultures alimentaires comme le blé, le maïs ou le soja, une croissance régulière est pourtant indispensable afin d’obtenir une récolte importante.

Si cette croissance ralentit parce que la plante est mobilisée contre la maladie, la quantité de nourriture produite peut diminuer - avec un impact possible sur l’approvisionnement global.

Comment les plantes arbitrent entre croissance et défense immunitaire

À la Colorado State University, l’équipe scientifique s’est penchée sur la manière dont les plantes gèrent l’équilibre entre développement et défense.

Le groupe, dirigé par la professeure Cris Argueso, a cherché à modifier la façon dont les hormones végétales se comportent en situation de stress.

Lorsqu’une maladie menace, certaines hormones impliquées dans la lutte contre l’infection augmentent, tandis que celles associées à la croissance diminuent. Cette tension interne correspond à ce que les scientifiques appellent un compromis croissance-défense.

Trouver l’interrupteur « arrêt »

Pour analyser ce mécanisme, les chercheuses et chercheurs ont utilisé une petite plante modèle : Arabidopsis thaliana, appelée aussi arabette des dames. Appartenant à la famille des Brassicacées, elle est très utilisée en recherche, notamment parce que sa biologie est particulièrement bien connue.

L’équipe a travaillé sur des plantes porteuses d’une mutation auto-immune. Cette anomalie maintenait le système immunitaire en activité permanente, à l’image de certaines maladies auto-immunes chez l’humain. Conséquence : ces plantes avaient de grandes difficultés à se développer.

En ajustant finement les niveaux hormonaux, les scientifiques ont relancé la croissance sans réduire la résistance aux maladies. Mieux encore, les plantes modifiées présentaient une résistance encore plus élevée.

« Seul l’avenir dira, une fois intégré dans des cultures, quel effet cela aura, mais cela pourrait être une avancée aussi majeure que la Révolution verte d’il y a 60 ans en matière de sécurité alimentaire », a déclaré Argueso.

La Révolution verte

Il y a environ 60 ans, une transformation majeure de l’agriculture a démarré : la Révolution verte. Cette période a vu l’apparition de nouvelles variétés de cultures à hauts rendements et de méthodes agricoles modernes, afin d’augmenter la production alimentaire dans le monde.

Parmi les figures centrales de ce mouvement, on compte le généticien et phytopathologiste Norman Borlaug. Il a identifié une mutation naturelle chez le blé qui permettait à la plante de produire bien davantage de grains que les variétés traditionnelles.

Dans de nombreux pays, les agriculteurs ont adopté ce blé amélioré. La production alimentaire a fortement progressé et plusieurs nations ont pu éviter des famines. Pour cette contribution majeure, Borlaug a reçu le prix Nobel de la paix.

La Révolution verte a toutefois eu ses limites. Pour soutenir ces cultures à rendement élevé, l’usage d’engrais chimiques et de pesticides a souvent été important. Avec le temps, cette forte dépendance aux intrants a provoqué des dommages environnementaux dans diverses régions.

Vers une agriculture plus durable

Argueso et son équipe espèrent contribuer à une amélioration potentiellement plus propre et plus durable des pratiques agricoles.

Si les cultures peuvent résister naturellement aux maladies tout en conservant une croissance robuste, les agriculteurs pourraient réduire les traitements chimiques et la quantité d’engrais.

« Nous voulons créer des plantes cultivées capables de se défendre très efficacement contre les agents pathogènes sans pénalité de rendement, ce qui est le rêve des agriculteurs », a indiqué Argueso. « Nous plaisantons en disant que c’est la Révolution verte “verte”. »

Le système immunitaire des plantes a un cerveau

Les plantes réagissent à leur environnement grâce à des hormones appelées phytohormones. Argueso décrit cet ensemble de signaux comme le « cerveau chimique » de la plante. Ces hormones régulent la croissance, le développement et la défense.

Un groupe hormonal joue un rôle clé : les cytokinines, qui pilotent la division cellulaire et soutiennent la croissance. Lorsque la plante détecte une maladie, les niveaux de cytokinines chutent. Ce basculement permet de rediriger l’énergie vers la défense plutôt que vers la croissance.

Dans l’étude, les scientifiques ont rétabli les niveaux de cytokinines chez des plantes dont le système immunitaire était suractivé. La croissance a redémarré, et la résistance aux maladies est restée élevée.

Plutôt que de partir à la recherche de nombreux gènes isolés à modifier, l’équipe a privilégié le rééquilibrage des signaux chimiques internes.

Argueso rapproche cette stratégie de l’approche d’un médecin qui prescrit un traitement pour corriger un déséquilibre chimique. Selon elle, cette méthode peut être plus rapide et nécessite moins d’interventions que des démarches génétiques classiques impliquant la cartographie complète du génome.

Du laboratoire aux exploitations agricoles

La prochaine étape consiste à transposer cette découverte à de grandes cultures alimentaires comme le blé, le maïs et le soja.

Si l’approche fonctionne, les agriculteurs pourraient cultiver des plantes qui conservent des rendements élevés tout en se protégeant naturellement contre les maladies. Une évolution susceptible de diminuer la dépendance aux traitements chimiques.

L’équipe étudie aussi des partenariats avec des programmes de sélection à travers le monde afin d’évaluer ces mutations dans des climats et des régions variés.

« Nous explorons des collaborations avec des programmes de sélection à travers le monde, pour que cela puisse être testé dans différentes régions avec toutes sortes de cultures », a précisé Argueso. « Si ces mutations ont le potentiel que nous pensons, nous aimerions qu’elles soient utilisées partout. »

Percer les secrets de l’immunité des plantes

L’étude illustre également le parcours d’une étudiante devenue scientifique à la Colorado State University. La National Science Foundation a financé ces travaux, et Grace Johnston a dirigé le projet.

Johnston a d’abord rejoint le laboratoire de Cris Argueso en tant qu’étudiante de premier cycle en biologie. À ce moment-là, elle cherchait encore sa voie. En approfondissant ses connaissances sur les plantes, son intérêt s’est renforcé.

Elle a choisi de poursuivre ces recherches en cycle supérieur, puis a rédigé l’article scientifique dans le cadre de son mémoire de master. Aujourd’hui, Johnston occupe le poste d’associée de recherche dans le même laboratoire.

« Je ne savais pas que je voulais faire de la science des plantes », a confié Johnston, qui attribue sa réussite et son goût pour la biologie végétale au mentorat d’Argueso. « Quand j’ai terminé mon diplôme de premier cycle, nous n’en savions toujours pas assez sur ces plantes, et je n’arrivais tout simplement pas à lâcher. »

Ces résultats montrent que mieux comprendre le fonctionnement des hormones végétales peut déboucher sur des solutions concrètes pour l’agriculture. Avec davantage d’essais et de collaborations internationales, cette découverte pourrait aider à produire plus de nourriture tout en protégeant l’environnement.