Comment l’environnement et les génomes interagissent dans le développement des plantes

Une nouvelle étude publiée dans la revue scientifique académique Nouveau Phytologue se concentre sur la façon dont les changements de température affectent la hauteur des plants de sorgho, et les scientifiques qui ont mené les expériences ont déclaré que la recherche pourrait aider à produire des cultures plus résistantes et à faire la lumière sur les mécanismes qui jouent un rôle essentiel dans la croissance des plantes. La recherche tourne autour du concept de plasticité phénotypique, ou comment un trait donné peut différer en raison des conditions environnementales. Par exemple, une plante peut pousser à une hauteur différente dans un environnement sec qu’une plante avec une génétique identique qui pousse dans un environnement humide.

Comprendre la plasticité peut aider les sélectionneurs de plantes à concevoir des variétés de cultures qui fonctionneront bien dans une gamme de conditions environnementales, a déclaré Jianming Yu, professeur d’agronomie et titulaire de la chaire de distinction pionnière en sélection de maïs à l’Iowa State University et auteur correspondant de l’étude. Mais ne regarder que les traits matures finaux des plantes brosse un tableau incomplet de la plasticité. Au lieu de cela, la nouvelle étude examine le taux de croissance du sorgho au cours d’une étape critique de développement, entre 40 et 53 jours après la plantation. Se concentrer sur cette phase de croissance rapide du cycle de vie de la plante a permis aux chercheurs d’examiner plus en détail les mécanismes qui régissent la plasticité phénotypique du sorgho.

“Regarder la phase de développement nous permet de regarder sous le capot pour voir ce qui cause les traits matures finaux”, a déclaré Yu.

Les chercheurs ont recueilli des données sur le sorgho, une céréale cultivée à l’échelle mondiale, cultivée dans l’Iowa, le Kansas et Porto Rico sur plusieurs années. Des mesures de la hauteur des plantes ont été prises à plusieurs moments de la saison de croissance, créant un vaste ensemble de données sur lequel les chercheurs ont appliqué des analyses de régression statistique pour mieux comprendre la relation entre la hauteur et le changement de température diurne, ou la différence de température entre les minimums nocturnes et les maximums diurnes.

Ils ont constaté que l’augmentation des changements de température diurnes avait tendance à produire des plantes plus courtes. La tendance était particulièrement nette au cours de cette phase de développement critique, environ 40 à 53 jours après la plantation.

“Nous avons découvert que ces gènes interagissent réellement avec les stimuli environnementaux et contrôlent le taux de croissance maximal ainsi que le temps nécessaire pour atteindre le taux de croissance maximal”, a déclaré Qi Mu, associé de recherche postdoctoral en agronomie et premier auteur de l’étude. “Et cela détermine finalement la hauteur finale de la plante.”

Plasticité et changement climatique

Le changement climatique augmente l’urgence de comprendre la plasticité phénotypique, a déclaré Yu. Étant donné que le changement climatique provoque des fluctuations météorologiques plus volatiles, les agriculteurs et les sélectionneurs de plantes auront besoin de meilleurs outils pour prédire comment les variétés de cultures se comporteront dans différentes conditions environnementales. Par exemple, Yu a déclaré que le changement climatique pourrait entraîner une augmentation des températures nocturnes à certains endroits, ce qui aurait des ramifications importantes pour la culture des cultures, comme l’illustre l’étude.

La recherche sur la plasticité phénotypique permettra aux sélectionneurs de plantes de développer des outils plus précis pour prédire comment les cultures se comporteront dans une gamme de conditions environnementales, a déclaré Mu.

“Avec le changement climatique, les cultures doivent s’adapter à différents climats et environnements”, a déclaré Mu. “Afin de sélectionner des cultures plus adaptatives, nous devons comprendre le mécanisme de leur réaction aux environnements. Grâce à ces connaissances, nous pouvons concevoir des cultures résilientes qui prospèrent dans les environnements futurs.”

Les résultats de l’étude ont émergé après avoir analysé 3 500 enregistrements de phénotype collectés en quatre ans, puis validés avec 13 500 enregistrements de phénotype en quatre ans, a déclaré Xianran Li, ancien professeur agrégé adjoint d’agronomie à l’Iowa State et co-auteur correspondant de l’étude.

“Des milliers de points de données météorologiques et d’empreintes génétiques ont également été examinés”, a déclaré Li, aujourd’hui chercheur au service de recherche agricole du département américain de l’Agriculture.

Le financement de la recherche est venu de l’USDA National Institute of Food and Agriculture, du ISU Raymond F. Baker Center for Plant Breeding et de l’ISU Plant Sciences Institute. L’équipe de recherche comprenait également Tingting Guo, chercheur en agronomie et membre du laboratoire de Yu.

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Université d’État de l’Iowa. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.