La plante de quinoa pourrait servir de modèle pour rendre d'autres cultures tolérantes au sel. Il pousse bien sur les sols salins car l'excès de sel est simplement déversé dans des vessies spéciales sur ses feuilles.

L'érosion des sols est considérée comme un problème qui met en péril la nutrition de la population humaine. L'un de ses aspects est la salinisation des sols, qui affecte en particulier les régions sèches de la terre, où les agriculteurs sont obligés d'irriguer fortement leurs champs. De grandes quantités de sels dissous dans l'eau, comme le sodium et le chlorure, se diffusent dans le sol et y restent après évaporation de l'eau. Le sel retarde les cultures et peut même rendre les sols infertiles à long terme.

"Toutes les approches jusqu'à présent pour élever des plantes tolérantes au sel doivent être considérées plus ou moins comme des échecs", dit le professeur Rainer Hedrich, scientifique des plantes à la Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Bavière, Allemagne. Ils visaient tous à faire pousser des plantes cultivées sur des sols salins et à identifier des lignées de races tolérantes au sel dans le processus. Mais cette approche ne peut pas fonctionner.

Et ce n'est pas pour rien :« Nos plantes cultivées sont le résultat de nombreuses années de sélection. Pendant ce temps, l'homme les a protégés de presque toutes les influences négatives de l'environnement, de sorte qu'ils ont perdu une grande partie de leur résilience naturelle", explique Hedrich. "Dès que ces lignées élites entrent en contact avec trop de sel, ils meurent généralement."

Les plantes tolérantes au sel servent de modèle

Alors Rainer Hedrich, avec le professeur Sergey Shabala (Université de Tasmanie), a entrepris de développer une nouvelle stratégie. Les deux scientifiques ont misé sur des plantes naturellement tolérantes au sel.

L'une de ces plantes est le quinoa ( Chénopode quinoa ). Il vient des Andes, où il a été utilisé comme aliment pendant 7, 000 ans. Pendant ce temps les graines de cette pseudo-céréale sud-américaine, sans gluten et riches en vitamines, ont trouvé leur chemin dans les rayons des supermarchés européens.

La plante absorbe le sel du sol et le stocke dans des cellules en forme de vessie à la surface de ses feuilles. Cela protège les processus métaboliques sensibles au sel, et la plante peut bien pousser même sur des sols salins.

Sans cellules vésicales, le quinoa souffre du stress salin

Les chercheurs ont trouvé un moyen simple de prouver que ce sont bien les cellules de la vessie qui assurent la tolérance au sel de la plante. « Quelques légers coups de pinceau sur une feuille de quinoa font tomber les cellules de la vessie », dit le professeur Shabala. Dépouillés de leurs vessies de sel, ces plantes poussent aussi bien sur des sols non salins que sur des spécimens non brossés. Mais une exposition au sel commun retarde considérablement leur croissance.

Les cellules vésicales rondes à ovales du quinoa ont un diamètre de près d'un demi-millimètre. Ce sont de véritables géants au royaume des plantes, et peut généralement être vu même à l'œil nu. Leur capacité de stockage est jusqu'à 1000 fois supérieure à celle de n'importe quelle cellule normale de la surface de la feuille.

Le prix de l'élimination du sel est le sucre

Pour avoir un aperçu du "système d'exploitation" du quinoa et de ses cellules vésicales, le groupe de travail du professeur Jian-Kang Zhu (Université de Shanghai) a décodé l'ADN des céréales des Andes. L'équipe du professeur Hedrich a ensuite comparé les gènes actifs des feuilles et des cellules de la vessie. Les analyses bioinformatiques nécessaires ont été réalisées par des experts de l'Université de Shanghai et de l'équipe de Georg Haberer du Helmholtz Center de Munich.

Le résultat :Même sans traitement au sel, il existe des gènes agissant dans les cellules de la vessie qui, chez d'autres espèces, ne sont actifs que lorsque la plante est soumise à un stress. Ils comprennent des transporteurs transportant des ions sodium et chlorure dans la cellule de la vessie. Une stimulation avec du sel déclenche l'activation d'autres gènes nécessaires pour maintenir le chemin du signal pour l'hormone du stress ABA.

Le stockage du sel consomme de l'énergie. Cette énergie est générée par les cellules de la vessie à partir de molécules de sucre qu'elles importent spécialement de la feuille à cet effet. Les cellules de la vessie reçoivent l'énergie nécessaire de la feuille et rendent la pareille en absorbant le sel toxique", explique Hedrich.

Croisement de la tolérance au sel dans les plantes cultivées

Les nouveaux résultats ont été publiés dans le Rapports de cellule journal. Ils sont destinés à être utilisés à long terme pour la sélection de plantes tolérantes au sel. "Le premier pas est fait", dit le professeur Hedrich. "Nous allons maintenant utiliser une combinaison de génétique du développement et d'analyse fonctionnelle des protéines de transport du sel pour comprendre les mécanismes moléculaires qui produisent et maintiennent la tolérance au sel dans le quinoa."

L'équipe de recherche JMU souhaite s'inspirer des lignées de quinoa équipées d'un très grand ou d'un très petit nombre de vessies à sel. Il dispose d'un vaste réservoir :environ 2000 variétés sauvages et cultivées de la plante des Andes sont connues à ce jour. Le résultat final de leur travail pourrait être non seulement la sélection de variétés de quinoa avec une tolérance au sel encore plus élevée, mais aussi le croisement de gènes de tolérance au sel avec des plantes cultivées apparentées telles que les betteraves sucrières ou les épinards.