Des adaptations génétiques permettent à une espèce de riz de résister aux inondations
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Les chercheurs rapportent qu’une espèce de riz, Oryza sativa, a développé des adaptations génétiques afin de résister aux inondations. Des pistes qui permettraient de créer des semences plus résilientes face aux phénomènes météorologiques extrêmes à venir.
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Bien que l’eau soit essentielle à la croissance des plantes, des quantités excessives peuvent les tuer en provoquant un gaspillage de l’eau. En Asie du Sud et du Sud-Est, où des inondations périodiques se produisent pendant la saison des pluies, la profondeur de l’eau peut atteindre plusieurs mètres pendant plusieurs mois.1
Les variétés de riz connues sous le nom de riz en eau profonde (Oryza sativa) ont développé une stratégie unique pour assurer leur propre survie. Le riz en eau profonde pousse normalement dans les eaux peu profondes, mais dans les fortes inondations, il augmente sa hauteur en fonction de la hausse des niveaux d’eau, pour permettre aux plantes de surmonter de longues inondations. Une équipe de recherche composée de Takeshi Kuroha à l’Université de Tohoku, Motoyuki Ashikari de l’Université de Nagoya, Susan R. McCouch de l’Université Cornell et de collègues au Japon et aux États-Unis ont découvert un gène essentiel à sa survie dans les inondations. Ils ont également mis en lumière sa fonction moléculaire et son histoire évolutive.
Sommaire
Le gène SD1, principal responsable de l’adaptation du riz aux inondations
Le groupe de recherche a identifié le SD1 (SEMIDWARF1), en tant que principal gène responsable de la réponse du riz en eau profonde. Le SD1 code une enzyme de biosynthèse de la gibbérelline, une hormone végétale. Le gène orchestre la réponse du riz en eau profonde via un allèle unique de gain de fonction. Lorsqu’il est submergé, le riz accumule de l’éthylène, une hormone végétale gazeuse. Le riz en eau profonde amplifie un relais de signalisation dans lequel le gène SD1 est transcriptionnellement activé par un facteur de transcription sensible à l’éthylène, OsEIL1a.
Le mécanisme moléculaire du riz en eau profonde – Crédit : Takeshi Kuroha, Keisuke Nagai et Motoyuki Ashikari
La protéine SD1 résultante dirige une synthèse accrue de gibbérellines, en grande partie une des espèces de gibbérelline, GA4, qui favorisent la croissance verticale dans la plante. Une analyse plus approfondie a révélé que cette variation fonctionnellement conditionnelle a évolué d’abord chez un ancêtre sauvage et qu’il a été une cible de sélection pendant la domestication du riz cultivé adapté aux environnements en eau profonde au Bangladesh.
Un gène bien connu pendant la Révolution agricole
Le gène SD1 est bien connu comme le gène de la révolution verte dans le riz, où un allèle de perte de fonction de SD1 confère une hauteur réduite de la plante, fournit une résistance à la verse et augmente l’indice de récolte, générant de meilleurs rendements. Un allèle transcriptionnel de gain de fonction du même gène permet au riz en eau profonde de s’adapter à l’inondation via la réponse phénotypique opposée, soit une augmentation de la hauteur de la plante. La capacité de SD1 à fonctionner dans des rôles aussi variés dans le riz cultivé met en évidence la plasticité inhérente de la réponse de la plante à son environnement.
Le gène SD1 permet à la plante de s’adapter à différents environnements – Crédit : Takeshi Kuroha, Keisuke Nagai et Motoyuki Ashikari
Les phénomènes météorologiques extrêmes causés par le changement climatique pourraient affecter la production alimentaire dans le monde selon Kuroha. Les agriculteurs auront besoin de diversifier leurs méthodes et la variation génétique découverte dans les gènes du riz sauvage peut offrir des solutions adaptatives pour la culture de plantes résilientes.
