Une nouvelle étude révèle des différences génétiques qui influencent la façon dont le maïs réagit à des concentrations plus élevées d'ozone troposphérique. Crédit :Don Hamerman
Comme le méthane atmosphérique et le dioxyde de carbone, l'ozone troposphérique est en augmentation. Mais l'ozone, un sous-produit chimique nocif de la combustion de combustibles fossiles, a reçu relativement peu d'attention en tant que menace potentielle pour la culture du maïs.
Une nouvelle étude commence à remédier à cette lacune en exposant un groupe génétiquement diversifié de plants de maïs dans le champ aux futurs niveaux d'ozone. L'étude, rapporté dans le journal Biologie du changement global , ont constaté que certains membres de l'arbre généalogique du maïs sont plus susceptibles que d'autres de subir des pertes de rendement en cas de pollution atmosphérique élevée par l'ozone. Découvrir les fondements génétiques de ces différences pourrait aider les phytotechniciens à développer du maïs résistant à l'ozone, les chercheurs ont dit.
« L'ozone pénètre dans les plantes de la même manière que le dioxyde de carbone :il se diffuse de l'atmosphère vers la feuille, " a déclaré Lisa Ainsworth, un scientifique du département américain de l'Agriculture qui a dirigé la recherche avec Andrew Leakey, professeur de biologie végétale à l'Université de l'Illinois; Lauren McIntyre, professeure de génétique moléculaire et de microbiologie à l'Université de Floride; et Université de Californie, Patrick Brown, professeur de sciences végétales à Davis. Ainsworth et Leakey sont affiliés au Carl R. Woese Institute for Genomic Biology et au département des sciences végétales de l'Illinois.
Le dioxyde de carbone est un nutriment pour les plantes, dit Ainsworth. "Tout le carbone qui finit dans le grain passe d'abord par la feuille, ", a-t-elle déclaré. Mais l'ozone est une molécule très réactive qui endommage les tissus biologiques et altère la capture photosynthétique du carbone dans les feuilles des plantes.
Lisa Ainsworth, scientifique du département américain de l'Agriculture, droit, Andrew Leakey, professeur de biologie végétale à l'Université d'I., et leurs collègues ont découvert une variation génétique dans la façon dont les plants de maïs réagissent à la pollution par l'ozone. Les descendants de certaines lignées génétiques subissent des pertes de rendement plus importantes que d'autres lorsqu'ils sont exposés à des niveaux élevés d'ozone dans le champ. Crédit :L. Brian Stauffer
"Essentiellement, l'ozone accélère le vieillissement de la feuille, " a déclaré Leakey.
Même les niveaux de fond d'ozone font des dégâts, dit Ainsworth. "Nos recherches suggèrent que les niveaux actuels d'ozone diminuent les rendements du maïs jusqu'à 10 %, " a-t-elle dit. " C'est autant que la sécheresse ou les inondations ou n'importe quel seul parasite ou maladie, mais il s'agit d'une composante relativement peu étudiée de la perte de rendement aux États-Unis."
Les chercheurs ont utilisé l'installation d'enrichissement de la concentration d'air libre à l'Université d'I. pour suivre les conséquences réelles des niveaux d'ozone atmosphérique plus élevés dans un champ agricole. L'installation FACE utilise un système d'émission sophistiqué qui surveille la direction et la vitesse du vent pour doser un champ avec des niveaux spécifiques d'une variété de gaz, y compris l'ozone.
"Le niveau auquel nous fumigons dans cette étude est un niveau que l'on trouve couramment aujourd'hui en Chine et en Inde, " Ainsworth a dit. " Alors, il n'est pas excessivement élevé, même si nous utilisons une concentration qui est 2 1/2 fois le niveau d'ozone de fond dans le centre de l'Illinois."
Les chercheurs évaluent les caractéristiques photosynthétiques du maïs exposé à des niveaux élevés d'ozone. Dans cette expérience, un chercheur mesure la vitesse à laquelle les échanges gazeux se produisent dans une feuille de maïs. Crédit :L. Brian Stauffer
Les chercheurs ont planté 45 plants de maïs hybrides représentant tous les principaux types de maïs :maïs soufflé, balai de maïs, bosse, silex et autres—pour rechercher des variations dans leurs réactions aux niveaux élevés d'ozone. Ils ont découvert que certains hybrides étaient plus sensibles au stress ozone que d'autres.
"Nous avons trouvé deux lignées de maïs dont la descendance était plus sensible à la pollution par l'ozone, quels que soient les autres types de maïs avec lesquels nous les avons sélectionnés, " Leakey a déclaré. "Leurs déficiences génétiques se sont manifestées de différentes manières lorsqu'elles sont exposées à des conditions de forte teneur en ozone."
La génétique du maïs commercial est un secret commercial, donc "on ne sait pas si ces variétés de maïs ont les mêmes talons d'Achille, " a déclaré Leakey. " Les éleveurs ne seraient pas au courant de ces différences car elles ne sont pas apparentes dans des conditions d'air pur. "
Plus d'analyses génétiques et plus d'expériences comme celles menées à l'installation FACE seront nécessaires pour déterminer comment les plantes d'aujourd'hui répondront aux conditions futures, dit Leakey.
"Il est important de comprendre comment les plantes vont réagir au changement climatique avant que le climat ne change, " a-t-il dit. " C'est la seule façon pour nous de trouver les solutions qui seront nécessaires à l'avenir. "
