Les plants de haricots qui suppriment la croissance des racines secondaires au profit de la croissance des racines primaires fourrent un plus grand volume de sol pour acquérir du phosphore, selon les chercheurs de Penn State, qui disent que leurs récentes découvertes ont des implications pour les sélectionneurs de plantes et l'amélioration de la productivité des cultures dans les sols pauvres en nutriments. L'augmentation de la longueur de la racine est appelée croissance primaire, tandis que la croissance secondaire est l'augmentation de l'épaisseur ou de la circonférence de la racine. Parce que la croissance des racines confère un coût métabolique à la plante, plants de haricots poussant dans des sols appauvris en phosphore qui envoient plus longtemps, des racines plus fines ont l'avantage d'explorer un plus grand volume de sol et d'acquérir plus de phosphore.

« En tant que stratégie naturelle des plantes pour faire face au stress du phosphore, c'est un gagnant, " a déclaré le chercheur principal Christopher Strock, doctorant en biologie végétale à la Faculté des sciences agronomiques. "C'est important parce que la plupart des sols dans le monde sont déficients en phosphore, et les traits racinaires qui améliorent l'acquisition du phosphore peuvent non seulement aider à améliorer l'efficacité de l'absorption d'engrais pour les agriculteurs ici aux États-Unis, mais profitent également aux agriculteurs des pays en développement qui n'ont pas accès aux engrais phosphatés."

Les chercheurs ont utilisé le haricot commun comme modèle pour cette recherche car c'est l'une des cultures les plus fondamentales contribuant à la sécurité alimentaire, avec un plus grand volume pour la consommation humaine directe que toute autre légumineuse à grains. Il est particulièrement important dans le monde en développement en Afrique subsaharienne et en Amérique centrale et du Sud, où les gens n'ont pas un large accès aux protéines animales. Dans ces régions, les haricots sont une source principale de protéines et de nutrition. Malgré l'importance de cette culture, les rendements dans une grande partie du monde sont limités par des sols acides et extrêmement pauvres en phosphate, l'un des principaux nutriments dont les plantes ont besoin pour pousser.

"Si nous pouvons identifier les traits racinaires qui améliorent l'efficacité de la recherche de nourriture, nous pouvons développer de nouveaux cultivars qui ont une plus grande capacité d'absorption du phosphore, et ont amélioré les rendements dans ces milieux, " a déclaré Strock.

En menant l'étude, qui a été publié dans le numéro de ce mois-ci de Physiologie végétale , les chercheurs ont utilisé des techniques de modélisation informatique et ont cultivé des recombinaisons, lignées consanguines de haricot commun pour comprendre comment les plantes allouent des ressources à la croissance des racines primaires et secondaires sous le stress du phosphore. Les plantes ont été cultivées dans des conditions de serre – sur le campus de l'Université de Penn State – et dans des champs sélectionnés au centre de recherche agricole Russell E. Larson de l'Université à Rock Springs.

Normalement, Les sols de Pennsylvanie contiendraient trop de phosphore pour permettre des expériences sur le terrain sur le stress du phosphore, mais le groupe de recherche du professeur émérite de l'université en sciences végétales Jonathan Lynch a mis au point une technique pour créer des parcelles expérimentales qui reproduisent les conditions d'appauvrissement en phosphore des sols tropicaux en oxisol de l'installation de Larson. Cela a été accompli en ajoutant des camions pleins de pastilles d'oxyde d'aluminium aux champs, qui fixe le phosphore dans le sol, le rendant indisponible pour les plantes.

Le laboratoire Lynch utilise également la tomographie par ablation au laser pour sectionner et mesurer l'anatomie radiculaire. Cette technique révolutionnaire, inventé par le laboratoire Lynch, permet non seulement une plus grande précision dans les observations de l'anatomie des racines, mais offre également aux chercheurs la possibilité d'échantillonner rapidement des centaines d'échantillons de racines par jour, une tâche qui nécessiterait une quantité de travail et de temps peu pratique en utilisant les méthodes traditionnelles.

Les différences dans la croissance des plants de haricot observées par les chercheurs étaient frappantes. Dans le traitement du stress au phosphore, les génotypes avec une plus grande réduction de leur croissance racinaire secondaire avaient une longueur racinaire accrue, a pris plus de phosphore, et avaient des pousses plus grosses que les génotypes avec une croissance racinaire secondaire plus importante. "Tous les génotypes que nous avons examinés ont supprimé leur croissance racinaire secondaire sous le stress du phosphore, mais certains ont montré cette réponse beaucoup plus fortement que d'autres, " dit Strock. " Et ceux qui ont le plus supprimé leur croissance secondaire, ont mieux performé sous le stress du phosphore parce qu'ils ont pu utiliser les ressources qu'ils mettraient dans la croissance secondaire et augmenter la longueur des racines pour chercher plus de phosphore. »

Lynch a noté que son groupe de recherche collabore directement avec les sélectionneurs de plantes du département américain de l'Agriculture et des centres agricoles en Colombie, Honduras, Mozambique, Zambie et Malawi. Les sélectionneurs intègrent actuellement d'autres découvertes de son laboratoire et lancent plusieurs nouvelles variétés de haricots avec des traits racinaires améliorés pour l'acquisition de phosphore aux agriculteurs du Mozambique et de la Zambie.

"Notre objectif dans ce laboratoire est d'identifier des caractéristiques telles que la réduction de la croissance des racines secondaires que nous pouvons transmettre aux sélectionneurs afin qu'ils puissent les intégrer dans leurs programmes de sélection, " Lynch a déclaré. " En travaillant avec nos partenaires d'élevage, des variétés de haricot commun peuvent être développées qui ont une croissance racinaire secondaire réduite et donc un meilleur rendement dans les sols pauvres, ce qui sera un énorme avantage pour les petits agriculteurs, qui dépendent des haricots pour leur nourriture et leurs revenus."