Le secteur agricole vital de l'Australie sera durement touché par la hausse constante des températures mondiales. Notre climat est déjà sujet aux sécheresses et aux inondations. Le changement climatique devrait aggraver cette situation, provoquant des sécheresses soudaines, des changements dans les régimes de précipitations et des pluies d’inondation intenses. Les bénéfices agricoles ont chuté de 23 % au cours des 20 années précédant 2020, et cette tendance devrait se poursuivre.

Si rien n’est fait, le changement climatique rendra plus difficile la production alimentaire à grande échelle. Nous obtenons plus de 40 % de nos calories provenant de seulement trois plantes :le blé, le riz et le maïs. Le changement climatique présente des risques très réels pour ces plantes, des recherches récentes suggérant la possibilité de mauvaises récoltes synchronisées.

Même si nous modifions depuis longtemps nos cultures pour repousser les ravageurs ou augmenter les rendements, jusqu’à présent, aucune culture commerciale n’a été conçue pour tolérer la chaleur. Nous travaillons sur ce problème en essayant de rendre les plants de soja capables de tolérer les conditions météorologiques extrêmes d'un monde plus chaud.

Quelle menace le changement climatique fait-il peser sur notre alimentation ?

D'ici 2050, la production alimentaire devra augmenter de 60 % pour nourrir les 9,8 milliards de personnes que devrait vivre la planète, selon les estimations de l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture.

Chaque augmentation de température de 1°C pendant les saisons agricoles est liée à une baisse de 10 % du rendement du riz. Une hausse de température de 1°C pourrait entraîner une baisse de 6,4 % des rendements du blé dans le monde. C'est comme si nous retirions de l'équation un grand exportateur de cultures comme l'Ukraine (6 % des cultures commercialisées avant la guerre).

Les plantes, contrairement aux animaux, ne peuvent pas chercher refuge contre la chaleur. La seule solution est de les rendre plus capables de tolérer ce qui va arriver.

Ces événements arrivent déjà. En avril 2022, les agriculteurs de l'État indien du Pendjab ont perdu plus de la moitié de leur récolte de blé à cause d'une vague de chaleur torride. Ce mois-ci, les températures torrides en Asie du Sud-Est ravagent les cultures.

Qu'arrive-t-il aux plantes lorsqu'elles sont confrontées à une chaleur extrême ?

Les plantes utilisent la photosynthèse pour convertir la lumière du soleil et le dioxyde de carbone en aliments sucrés. Lorsqu'il fait trop chaud, ce processus devient plus difficile.

Plus de chaleur oblige les plantes à évaporer l’eau pour se refroidir. Si une plante perd trop d’eau, ses feuilles flétrissent et sa croissance s’arrête. Les panneaux solaires d'une plante (les feuilles) ne peuvent pas capter la lumière du soleil lorsqu'ils sont fanés. Pas d’eau, pas d’énergie pour fabriquer les fruits ou les céréales que nous voulons manger. Lorsque la température de l'air atteint 50°C, la photosynthèse s'arrête.

Des températures plus chaudes peuvent rendre plus difficile pour les plantes de produire du pollen et des graines, et peuvent les faire fleurir plus tôt. La chaleur affaiblit une plante, la rendant plus vulnérable aux ravageurs et aux maladies.

Nos cultures de semences – du riz au blé en passant par le soja – dépendent de la reproduction sexuée. Les plantes doivent être fertilisées (pollinisées par les abeilles et les mouches, par exemple) pour produire un bon rendement.

Si une vague de chaleur frappe pendant la période de fertilisation, les plantes ont plus de mal à produire leurs graines et le rendement de l'agriculteur chute. Pire encore, les températures élevées provoquent un pollen stérile, ce qui réduit considérablement le nombre de graines qu'une plante peut produire. Les pollinisateurs comme les abeilles ont également du mal à s'adapter à la chaleur.

Préparer nos récoltes

Pour donner les meilleures chances à nos cultures, nous devrons recourir à des techniques de modification génétique. Même si ces mesures ont souvent été controversées, elles constituent notre meilleur moyen de répondre à la menace.

La raison en est que la modification génétique nous donne un contrôle plus précis sur le génome d'une plante que la méthode traditionnelle de sélection pour des caractères spécifiques. C'est également beaucoup plus rapide puisque nous pouvons isoler les gènes d'un organisme et les transférer à un autre sans reproduction sexuée. Ainsi, même si nous ne pouvons pas croiser des tournesols avec du blé par reproduction sexuée, nous pouvons prendre des gènes de tournesol et les transférer au blé.

Depuis des décennies, nous dépendons de versions génétiquement modifiées de certaines de nos cultures vivrières et fibreuses les plus importantes. Près de 80 % du soja dans le monde a été génétiquement modifié pour augmenter le rendement et le rendre plus nutritif. Le canola génétiquement modifié représente plus de 90 % de la production au Canada et aux États-Unis, tandis qu'environ 20 % du canola cultivé en Australie est génétiquement modifié. Mais jusqu'à présent, aucune culture commercialement adoptée n'a été modifiée pour résister à la chaleur.

Une façon d’y parvenir est de rechercher des plantes tolérantes à la chaleur et de transférer leurs prouesses à nos cultures. Certaines plantes sont remarquablement tolérantes à la chaleur, comme le fossile vivant Welwitschia mirabilis, qui peut survivre dans le désert namibien avec des précipitations presque nulles.

Capteurs de choc thermique et de chaleur

Les cellules végétales possèdent des protéines de choc thermique, tout comme les nôtres. Ceux-ci aident les plantes à survivre à la chaleur en protégeant le processus de repliement des protéines dans d’autres protéines. Si les protéines de choc thermique n'étaient pas là, les protéines vitales se déploieraient plutôt que de se replier pour prendre la forme appropriée à leur travail.

Nous pouvons essayer de renforcer le fonctionnement de ces protéines de choc thermique existantes, afin que les cellules puissent continuer à fonctionner dans des conditions plus chaudes.

Nous pouvons également modifier le comportement des gènes agissant comme capteurs de chaleur. Ces gènes fonctionnent comme des interrupteurs principaux, contrôlant la réponse d'une cellule à la chaleur en invoquant des protéines protectrices de choc thermique et des antioxydants.

Dans notre laboratoire, nous avons modifié des plants de soja en renforçant ces gènes maîtres sensibles à la chaleur. Les plants de soja exprimant des niveaux plus élevés de ce gène présentaient une protection nettement accrue. Dans des conditions de canicule brèves et intenses, ces plantes modifiées se fanaient moins, produisaient un pollen plus viable, présentaient moins de déformations structurelles et avaient de meilleurs rendements dans des conditions de stress thermique.

Et le blé ?

Même si nous nous sommes habitués au soja génétiquement modifié, nous n'avons pas encore accepté la nécessité de modifier le blé, la culture de base la plus importante.

Les vagues de chaleur posent un problème similaire pour le blé, mais l’acceptation de la communauté n’est pas au rendez-vous. La résistance contre le blé modifié a été très forte.

En laboratoire, des chercheurs d'universités et d'entreprises agricoles ont réussi à modifier le blé pour qu'il tolère davantage de chaleur. Mais aucun de ces changements n'a été transposé dans les cultures plantées dans les champs.

Si nous voulons nourrir une population croissante sur une planète plus chaude, cela devra changer.