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RDT info logoMagazine de la recherche européenne Numéro spécial - Juillet 2005   
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 EDITORIAL

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AGRONOMIE
Title  Du maïs adapté aux Tropiques

Troisième céréale cultivée dans le monde, le maïs est une composante essentielle de l’alimentation en Amérique latine. Il est néanmoins très sensible à l’acidité des sols, si fréquentes en zone tropicale. Des biologistes moléculaires et des physiologistes allemands, brésiliens, espagnols et mexicains ont travaillé pendant trois ans avec des généticiens et agronomes français, brésiliens, camerounais et colombiens, pour améliorer les méthodes de sélection de maïs adaptés aux sols acides.

On savait les raisons pour lesquelles le maïs était sensible à l’acidité du sol, mais on connaissait mal les mécanismes par lesquels certaines variétés résistaient à ce problème. Les recherches menées au sein du projet Maize for sustainable cropping system on tropical acid soils, soutenu par l’Union, apportent de nouveaux éclairages très prometteurs sur cette question.
On savait les raisons pour lesquelles le maïs était sensible à l’acidité du sol, mais on connaissait mal les mécanismes par lesquels certaines variétés résistaient à ce problème. Les recherches menées au sein du projet Maize for sustainable cropping system on tropical acid soils, soutenu par l’Union, apportent de nouveaux éclairages très prometteurs sur cette question.
S’il est originaire de l’Amérique centrale, où il semble avoir été domestiqué il y a huit à dix mille ans, le maïs n’est cependant pas une plante toujours facile à cultiver en zone tropicale où les terres acides représentent 43% des surfaces, et jusqu’à 64% en Amérique latine. Aussi, un travail considérable de sélection des variétés résistantes à l’acidité a-t-il été mené depuis plusieurs décennies. Au sein de ce germplasme, comme disent les spécialistes de l’amélioration végétale, les sélectionneurs peuvent choisir les variétés les plus performantes pour les croiser entre elles. Mais cette tâche, purement empirique, est longue et souvent hasardeuse. Il importe donc de mieux connaître les mécanismes de résistance du maïs à l’acidité du sol, pour pouvoir ensuite localiser les gènes impliqués et accélérer ainsi la production de nouvelles variétés. C’est ce travail, qui mêle agronomie, physiologie et génétique, qui a été au coeur du projet Maize for sustainable cropping system on tropical acid soils, soutenu par l'Union, à travers le programme Inco, à hauteur de 892 740 euros, et qui s'est déroulé entre 2000 et 2003.

De la biologie moléculaire aux champs
Le sous-titre du projet, from molecular biology to field cultivation (de la biologie moléculaire à la culture en champ), en résume bien la logique : partir de la caractérisation des mécanismes, puis des gènes impliqués dans la résistance du maïs à l’acidité, pour ensuite utiliser ce savoir afin de concevoir de nouvelles variétés, et enfin en tester les performances dans les conditions réelles de culture. "Le maïs est sensible à l'acidité du sol à cause de deux effets indirects : la solubilisation des ions aluminium, très toxiques pour la plante, et la moindre disponibilité des ions phosphate, indispensables à la croissance", explique Walter Horst, de l’Institut de Nutrition végétale de l’université de Hanovre (DE), coordinateur du projet. Mais on connaissait mal les mécanismes par lesquels certaines variétés de maïs parviennent à y résister."

Grâce aux recherches du consortium, menées en particulier à Barcelone (université autonome et Instituto de Biologia Molecular), à Irapuato au Mexique (Centro de Investigación y Estudios Avanzados), au Brésil (université de Campinas) et à Hanovre, on y voit à présent plus clair. Tout se joue à l’extrémité des racines, dans l'apex. L’apex des variétés de maïs résistantes à l’acidité possède notamment une membrane cellulaire de composition très spécifique, enrichie en acides gras insaturés et une paroi cellulaire pauvre en pectine, réduisant ainsi la capacité de fixation de l’aluminium et l'inhibition de la croissance cellulaire. De plus, sa capacité à excréter du citrate permet de détoxiciter l'aluminium et, en même temps, d’améliorer la disponibilité du phosphate. Plusieurs gènes, exprimés sous le contrôle d’un même promoteur (une région de l’ADN qui, tel un commutateur, contrôle l’expression en protéine d’un gène), sont exprimés spécifiquement dans l’apex en cas de manque de phosphate ou de concentration en aluminium excessive. "La caractérisation de ce promoteur est très importante parce qu’elle permet d’imaginer des maïs transgéniques exprimant un gène introduit seulement dans ces tissus, dans l'apex racinaire, et non dans toute la plante, ce qui permet d’éviter à la fois un gaspillage d’énergie et une expression dans les grains qui sont consommés", observe Marcelo Menossi de l’université de Campinas (Brésil).

Les performances des hybrides
"Les organismes génétiquement modifiés ne sont ici que des outils de recherche, précise Walter Horst. Notre programme n’avait pas pour but de les développer pour l’agriculture." Le véritable objectif de ces travaux était d’utiliser ces gènes comme marqueurs (cinq d’entre eux ont été validés) pour aider à comprendre les mécanismes adaptatifs à rechercher dans les ressources génétiques et ainsi guider la sélection de nouvelles variétés conventionnelles. L’EMBRAPA-MS brésilienne poursuit à présent ce travail, dans le cadre d’un échange de germplasmes entre les différents partenaires du projet. Le projet, qui associait le CIMMYT basé en Colombie, avait également comme objectif de proposer une stratégie de valorisation de la diversité génétique pour l'adaptation du maïs à ces milieux très contraignants. Et la mutualisation des ressources génétiques originaires des Caraïbes (Institut national de la recherche agronomique, en Guadeloupe, France), d’Afrique sub-saharienne (Institut pour la recherche agronomique sur le développement – IRAD –,Yaounde, Cameroun) et d’Amérique latine (EMBRAPA-MS et CIMMYT) a permis de travailler à une échelle jusqu'alors jamais explorée. Les travaux ont montré qu'il fallait à la fois considérer la résistance à l'aluminium et la capacité à valoriser le phosphore pour réaliser un progrès durable sur le rendement. Ils ont aussi montré que la sélection d'hybrides obtenus par croisement de sources de tolérance de fonds génétiques différents constituait une voie très prometteuse pour améliorer les rendements et leur stabilité, et donc le revenu des agriculteurs. De plus, les recherches du groupe ont permis de définir un test de résistance à l’aluminium, simple à mettre en œuvre : les racines des variétés résistantes forment beaucoup moins de callose caractéristique d'un stress cellulaire lorsqu’elles sont plongées dans une solution concentrée en aluminium. Ce test permettra également de gagner du temps dans la conception des schémas d’amélioration génétique du maïs.

Colombie et Cameroun : deux sites pilotes
Lorsque ces variétés seront disponibles, comment devront-elles être cultivées ? Et en attendant leur apparition, quelles sont les pratiques agronomiques optimales pour la culture des variétés résistantes à l’acidité déjà existantes ? Ce sont ces questions que se sont posées les partenaires camerounais (l’IRAD) et colombien (Corporación Colomiana de Investigación Agropecuaria) du projet. L’intérêt de la collaboration internationale en la matière est évidente : elle permet de comparer l’efficacité de pratiques agronomiques dans des sols très différents, mais qui ont en commun un phénomène d'acidité. Deux sites ont été sélectionnés : les plaines herbeuses de Villavicienco, en Colombie – d'anciens pâturages transformés aujourd’hui en cultures intensives –, et les sols de moyenne montagne, gagnés sur la forêt défrichée de Yaounde, au Cameroun. Dans les deux cas, les recherches ont montré que l’épandage de chaux, qui diminue chimiquement l’acidité des sols, permettait d’améliorer les rendements, de même que la fumure avec des fientes de volaille. En revanche, la fumure végétale ou la rotation avec des cultures de légumineuses enrichissant le sol est de peu d’efficacité.

La prochaine étape est de convertir ces données issues de la recherche en recommandations simples, applicables par les agriculteurs. Le travail de modélisation de la rhizosphère, cette interface entre les racines et le sol où tout se joue, mené à Montpellier (France) par l'Institut national de recherche agronomique (INRA) et le Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement (CIRAD), permettra d’extrapoler ces recommandations à tout sol tropical dont on connaîtra quelques paramètres clés, tels que la teneur en aluminium, en phosphate et bien sûr l’acidité. Ce modèle intégrera également des paramètres climatiques, en particulier la pluviométrie. Le maïs est, en effet, une plante très gourmande en eau. Or, un des effets de l’acidité est de réduire la taille du réseau racinaire de la plante, déjà très superficiel, et donc de la rendre plus sensible à la sécheresse. A l’heure où certains modèles climatiques indiquent que le réchauffement de la planète risque de réduire les précipitations sur les régions tropicales, et où l’augmentation actuelle de la teneur en CO 2 de l’atmosphère augmente mécaniquement l’acidité des sols, il est important de pouvoir anticiper les effets sur la culture du maïs.

Par ailleurs, ce projet est également un beau succès en terme d'opportunités pour de jeunes chercheurs, tant d'Amérique latine que d'Europe. 22 chercheurs disposant d’un PhD et 30 disposant d’un Masters ont pu collaborer à ces travaux.

    
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