Une génétique de maïs capable de fixer l'azote de l'air

L'Agronomie et Nous est un mail diffusé chaque semaine, principalement destiné aux agriculteurs. Il met en avant le meilleur de la recherche agronomique mondiale écrit par Loan Wacker, agronome et tête chercheuse chez AgroLeague.

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Bonjour à tous, cette semaine j’aimerais vous parler d’un article que j’ai découvert il y a quelques mois, sur une génétique de maïs capable d’être autonome en azote grâce à la symbiose plante-bactérie.

Une découverte qui fait réver sur laquelle nous avons encore peu d’informations. Le fait est qu’une grosse partie de la recherche végétale se fait à titre privé par les organismes sélectionneurs qui n’ont pas pour habitude de partager leurs travaux. Par chance je suis tombé sur une synthèse des recherches sur le sujet rédigée par une équipe de chercheurs Californiens. La publication est publiée sous le nom “Nitrogen fixation in a landrace of maize is supported by a mucilage-associated diazotrophic microbiot”.

Une génétique de maïs capable de fixer l'azote de l'air

Quand on parle d’association symbiotique entre la plante et les bactéries pour fixer de l’azote, on pense souvent aux légumineuses et au rhizobium. Mais ce phénomène existe chez d’autres familles botaniques. 

Au Mexique, pays d’origine du maïs, les chercheurs ont découvert une génétique de maïs capable de fixer son propre azote en s’associant avec des bactéries fixatrices symbiotiques.

Quelle quantité d’azote ces génétiques sont capables de fixer ? 

Nous n’avons pas l’information en terme d’unité d’azote par hectare, mais de % du besoin de la plante. Au sein de la génétique, ces espèces sont capables de fixer de manière symbiotique entre 29 et 82% de leurs besoins en azote. Sachant que le reste de l’azote peut être fourni naturellement par les fonctions biologiques du sol.

Des racines aériennes pour fixer l’azote de l’air

Ces génétiques de maïs ont un point commun. Elles développent des racines adventives aériennes. C’est à dire que les racines communément appelées coronaires du maïs ne se limitent pas à la base de la tige, mais remontent tout au long de la tige. 

Ces coronaires exsudent un mucilage, c’est à dire une sorte de liquide visqueux et transparent composé de sucres et de polysaccharides. Dans ce mucilage, un cocktail de bactéries trouve des conditions propices pour se développer et se nourrir. Certaines de ces bactéries ont la capacité de fixer l’azote.

Quelles sont les bactéries qui se développent dans le mucilage? 

Ce sont les bactéries diazotrophes qui sont capables de réduire l’azote de l’air (N2) en azote assimilable par la plante. Parmi ces bactéries capables de réduire l’azote on retrouve des azospiriulum brasilensis, des H. seropedicae etc… L’azote est ensuite assimilé par la plante directement via les racines aériennes.

Est-ce qu’on retrouve ces bactéries dans les sols en dehors du Mexique ? 

Une équipe de chercheurs de Californie a essayé de faire pousser ce maïs en dehors du Mexique et a découvert que les bactéries symbiotiques étaient transportées par la semence. Il est aussi possible d’inoculer cette génétique de maïs avec un cocktail de bactéries. 

A l’origine tous les maïs étaient capables de fixer de l’azote. 

Les téosintes qui sont en quelques sortes les espèces cousines ou ancêtres du maïs possèdent en partie cette capacité de développer des racines aériennes et de fixer de l’azote. On peut donc supposer qu’initialement tous les maïs étaient capables de fixer de l’azote. Cette fonction s’est atrophiée avec la sélection.

Quelles bactéries ces maïs utilisent pour fixer l’azote ? 

Les bactéries diazotrophes (responsables de la fixation d’azote) contenues dans le mucilage sont diverses. On compte notamment des azospirillum, H. seropedicae etc… Des essais montrent que le mucilage peut être inoculé avec d’autres bactéries diazotrophes avec succès.

Comment l’azote est transmis à la plante ? 

Contrairement aux rhizobiums des légumineuses, les bactéries fixatrices d’azote se développent ici en milieu aérien. La question est comment l’azote fixé arrive dans la plante ? Plusieurs hypothèses ont été testées. Au final, la majorité de l’azote fixé biologiquement est contenu dans le mucilage puis transite dans la plante directement via les coronaires. 

Pourquoi on ne cultive pas ces maïs en France aujourd’hui ? 

Là, les publications sont vagues mais ces maïs n’ont pour l’instant ni la précocité ni le potentiel de rendement adapté à la France. Par contre on peut être sûr que les sélectionneurs travaillent à insérer les gènes responsables de la symbiose dans des maïs corné-dentés adaptés aux zones tempérées.

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