Les chercheurs ont utilisé le génie génétique pour créer un type de graine de coton sans substance toxique pour l'homme. Désormais, les humains peuvent manger ces graines de coton, qui sont une excellente source de protéines et de fibres. Crédit :Beth Luedeker
Vos céréales ou flocons d'avoine du matin. Le pain de votre sandwich. Les croustilles de maïs pour votre collation et les biscuits pour le dessert. Aucune ne serait possible avec le plus humble des ingrédients :la graine.
Les graines telles que le blé, le riz et le maïs fournissent directement environ 70 % des calories consommées par les gens chaque jour. Et ils fournissent finalement presque chaque morceau de nourriture, soit en fournissant des aliments pour le bétail, soit en étant cultivés en fruits et légumes. Il n'est pas exagéré de dire que sans graines, la civilisation serait impossible.
Mais les graines ont besoin de notre aide. Ils subissent le stress du changement climatique et sont sous pression pour nourrir une population croissante.
Des dizaines de scientifiques dévoués passent leur carrière à travailler à l'amélioration des semences. Ils utilisent les dernières avancées scientifiques pour rendre les graines plus grosses, plus nutritives et plus résistantes au stress.
Rodomiro Ortiz étudie comment la sélection végétale peut aider à atteindre ces objectifs. Ses recherches ont récemment été publiées dans Crop Science , une revue de la Crop Science Society of America.
Une équipe de scientifiques étudie comment élever le quinoa pour qu'il soit plus tolérant à la chaleur, car certaines régions ont connu une augmentation lente des températures ou des pics de température plus fréquents et extrêmes. Ces variétés de quinoa tolérantes produiront des graines, même dans des conditions difficiles. Crédit :Kevin Murphy
En tant que science derrière l'amélioration des semences, la sélection végétale est la base pour garantir que l'agriculture répond aux besoins de l'humanité.
"Les graines générées par la sélection végétale ont des caractéristiques souhaitées qui permettent d'augmenter la productivité, de réduire la malnutrition humaine, d'améliorer la diversité génétique dans les écosystèmes et d'assurer une production alimentaire durable sous le spectre du réchauffement climatique", déclare Ortiz.
La sélection végétale classique n'ajoute pas d'ADN supplémentaire comme le fait le génie génétique. Au lieu de cela, les sélectionneurs de plantes croisent des plantes qui ont chacune des caractéristiques fortes uniques pour créer une nouvelle plante avec plusieurs traits bénéfiques. Le même procédé est utilisé par les agriculteurs et les scientifiques depuis des milliers d'années pour obtenir de meilleures récoltes.
Mais aujourd'hui, les phytogénéticiens ont accès à plus d'informations et à plus d'outils que jamais. Par exemple, l'utilisation généralisée du séquençage de l'ADN fournit aux phytogénéticiens d'énormes quantités de données sur les gènes utiles. En déterminant quels gènes donnent naissance à quels traits utiles, les sélectionneurs de plantes peuvent développer beaucoup plus rapidement de nouvelles variétés de cultures.
"Les connaissances dérivées du génome sur la biologie des semences peuvent améliorer la productivité des cultures, améliorer l'alimentation et l'approvisionnement nutritionnel grâce à la sélection végétale", déclare Ortiz.
Les haricots secs sont une source vitale de protéines dans le monde entier. Les chercheurs ont utilisé la sélection des cultures pour développer une nouvelle variété de haricot pinto qui noircit plus lentement que le haricot pinto traditionnel, ce qui est souhaitable pour les consommateurs. Crédit :Juan Osorno
Mais les gènes ne sont qu'une pièce du puzzle. Des scientifiques comme Ortiz ont besoin de savoir comment la plante pousse et à quoi elle ressemble. Dans le passé, les scientifiques auraient pu facilement regarder et dire qu'une plante avait, par exemple, des graines plus grosses. Mais aujourd'hui, l'amélioration des semences demande toujours plus de détails.
Entrez dans le phénotypage, la science de la mesure. Le phénotype d'une plante est l'ensemble de l'expression de ses gènes dans son environnement. La hauteur et la couleur de la plante. Le poids et la forme de ses graines. Sa tendance à résister ou à succomber à la maladie - ce sont tous des phénotypes.
La capture de ces informations prend beaucoup de temps. Certains de ces traits sont impossibles à voir pour les humains. Et les graines en particulier sont si petites qu'il est irréaliste de les mesurer à la main. La technologie vient à la rescousse.
"Le phénotypage des caractéristiques des graines est un goulot d'étranglement majeur pour l'analyse systématique de la variation des graines", déclare Ortiz. "Les progrès de la technologie d'imagerie numérique peuvent mesurer automatiquement une variété de paramètres de forme à l'aide d'images haute résolution de graines."
Avec ces outils en main, les phytogénéticiens peuvent améliorer les semences et développer de nouvelles variétés de cultures plus rapidement que jamais. Ortiz envisage de faire des graines plus grosses, afin que chacune ait plus de calories pour nourrir les gens. Des graines plus grosses peuvent également aider la prochaine génération de cultures à pousser rapidement dans les champs, prêtes à produire un gros rendement. Et les sélectionneurs essaient de rendre les protéines des graines plus nutritives ou les graisses à l'intérieur des graines suffisamment stables pour durer plus longtemps sur les étagères des épiceries.
Chacune de ces améliorations signifie des semences plus fortes et une meilleure nourriture pour plus de personnes. Alors, avec votre prochaine cuillerée de flocons d'avoine moelleux, considérez l'humble graine - et la technologie et le savoir-faire avancés - derrière chaque bouchée.
Référence :"D'abord la semence :les avancées génomiques dans la science des semences pour améliorer la productivité des cultures et la sécurité alimentaire" par Sangam L. Dwivedi, Charles Spillane, Francesca Lopez, Belay T. Ayele et Rodomiro Ortiz, 4 novembre 2020, Crop Science .
DOI :10.1002/csc2.20402
Rodomiro Ortiz est professeur de sélection végétale à l'Université suédoise des sciences agricoles. Ce travail a été soutenu par la Science Foundation Ireland, l'Irish Research Council, le Conseil canadien des sciences naturelles et du génie et la Manitoba Wheat and Barley Growers Association.
