Pour l'étude, les chercheurs ont analysé plus de 9 000 variétés et ont pu montrer que leurs racines variaient considérablement, en fonction du degré de sécheresse de l'endroit où chaque variété était cultivée.

Ils ont également pu identifier un gène important qui joue un rôle dans la capacité d’adaptation de la plante. Ce gène pourrait être la clé du développement de variétés de maïs qui résistent mieux au changement climatique.

Ces résultats ont été récemment publiés dans Nature Genetics .

C'est une plante buissonnante aux tiges très ramifiées. Des épis de la longueur d'un doigt poussent à l'aisselle de leurs feuilles allongées et chacun d'eux est constitué d'une douzaine de graines dures comme la pierre. Il faut y regarder de très près pour reconnaître une parenté avec l'une des plantes cultivées les plus importantes au monde. Et pourtant, les experts s'accordent tous pour dire que le genre téosinte est la forme ancestrale de toutes les variétés modernes de maïs.

Les agriculteurs du sud-ouest du Mexique ont commencé à sélectionner la descendance des plantes téosinte qui produisaient le plus de céréales et les céréales les plus savoureuses il y a plus de 9 000 ans. Les cultures de maïs modernes ont été cultivées de cette manière au fil de nombreuses générations et le maïs est désormais cultivé sur tous les continents.

"Nous savons que l'apparence des plantes a considérablement changé au cours de cette période et que, par exemple, les épis sont devenus beaucoup plus gros et plus prolifiques", explique le professeur Frank Hochholdinger de l'Institut des sciences des cultures et de la conservation des ressources (INRES) à l'Université de Bonn.

"Jusqu'à présent, on savait cependant relativement peu de choses sur la façon dont le système racinaire s'est développé au cours de cette période de domestication et par la suite."

Des racines dans des cigares en papier

Cela a maintenant changé grâce à la nouvelle étude. Au cours des huit dernières années, les groupes de recherche participants ont étudié environ 9 000 variétés de maïs et 170 variétés de téosinte dans le monde. Les chercheurs ont collecté les graines et les ont placées sur du papier brun spécial, qui a ensuite été roulé en forme de cigare et stocké debout dans des béchers en verre étroits.

"Environ 14 jours après la germination, nous avons déroulé le papier afin de pouvoir observer le développement précoce des racines sans l'interférence de la terre qui y adhère", explique Hochholdinger.

En coopération avec un groupe de recherche dirigé par le Dr Robert Koller (Forschungszentrum Jülich), les chercheurs ont également étudié la croissance des racines dans le sol. Ils ont utilisé à cet effet une méthode plus connue dans le domaine médical :l’imagerie par résonance magnétique.

Les résultats ont montré comment la structure des racines a radicalement changé au cours de la domestication du téosinte en maïs cultivé.

"Dans les variétés de maïs, on trouve souvent des racines séminales peu de temps après la germination, avec jusqu'à 10 ou plus de ces racines dans certaines variétés", explique le Dr Peng Yu, qui dirige un groupe de recherche Emmy Noether à l'INRES et a récemment a accepté l'offre d'une chaire à la TU Munich. "Ce n'est pas le cas de la téosinte."

Dans des conditions optimales, les racines séminales confèrent aux plants un premier avantage :elles leur permettent d'absorber très rapidement de grandes quantités de nutriments du sol. "Cependant, nous avons remarqué qu'un autre type de racines, les racines latérales, en souffrent", explique Yu.

Les racines latérales sont particulièrement importantes pour l’absorption de l’eau car elles agrandissent considérablement la surface des racines. C'est probablement la raison pour laquelle le nombre de racines séminales varie considérablement selon les variétés :les variétés de maïs qui se sont adaptées aux conditions sèches produisent beaucoup moins de racines séminales et davantage de racines latérales. Lors de la sélection de ces variétés, les agriculteurs du passé sélectionnaient sans le savoir les plantes qui ont conduit au développement de cette structure racinaire.

160 gènes candidats identifiés

Les chercheurs ont également étudié quel matériel génétique était responsable de la croissance des racines séminales et ont pu identifier plus de 160 gènes candidats. "Nous avons ensuite étudié plus en détail l'un de ces gènes, nommé ZmHb77", explique Hochholdinger. "Nous avons remarqué que les plantes portant ce gène produisaient davantage de racines séminales et en même temps moins de racines latérales."

Les chercheurs ont délibérément désactivé ce gène chez certaines plantes et ont pu modifier la structure des racines afin qu'elles puissent mieux tolérer les périodes de sécheresse. "Ce gène est donc important pour la sélection de variétés résistantes à la sécheresse", explique le chercheur. "Compte tenu du changement climatique, ces variétés deviendront de plus en plus importantes si nous voulons éviter de plus en plus de mauvaises récoltes à l'avenir."