Réduire les dégâts causés par les herbivores en utilisant la biodiversité plutôt que des insecticides
Les pesticides ne sont pas toujours nécessaires : des chercheurs de l'université de Zurich ont mené une vaste étude sur le terrain qui montre que les dégâts causés par les herbivores peuvent être réduits en utilisant la biodiversité au sein d'une espèce végétale. Différents génotypes de plantes peuvent coopérer pour aider à repousser les insectes herbivores.
Tout comme les humains, les plantes interagissent avec les individus qui les entourent. Par exemple, si les personnes qui vous entourent sont plus sensibles aux infections, votre propre risque d'être infecté augmente, et vice versa. Il en va de même pour les plantes. Lorsque différents types génétiques d'une même espèce végétale sont mélangés et plantés ensemble, certaines combinaisons sont plus résistantes aux parasites et aux maladies. Cet effet positif de la biodiversité est connu sous le nom de résistance associative.
Sécurité alimentaire et préservation
L'un des principaux défis de la société moderne consiste à concilier la sécurité alimentaire et la préservation de l'environnement et de la biodiversité. Les ravageurs et les maladies menacent gravement les cultures, ce qui rend les agents chimiques tels que les pesticides indispensables à l'agriculture. Cependant, les pesticides peuvent réduire la biodiversité des insectes. "Dans ce contexte, la résistance associative pourrait être une nouvelle méthode pour assurer la production alimentaire tout en préservant la biodiversité", explique Kentaro Shimizu, directeur du département de biologie évolutive et d'études environnementales de l'UZH.
Mais quelles combinaisons de génotypes végétaux faut-il planter ensemble pour résister efficacement aux ravageurs et aux maladies ? Par exemple, si l'on choisit deux génotypes sur un total de 199 génotypes, il y a 19 701 combinaisons possibles. Les chercheurs de l'UZH ont mis au point de nouvelles méthodes de prédiction génomique en utilisant un modèle physique pour analyser les interactions entre les individus au niveau génétique.
Un travail de terrain intensif dans le jardin de recherche
Tout d'abord, les chercheurs ont mené des expériences de culture de plantes à grande échelle pendant deux ans dans des champs ouverts sur le campus d'Irchel ainsi qu'au Japon. Pour les 199 génotypes de la plante modèle Arabidopsis thaliana collectés dans le monde entier, les informations sur l'ADN génomique étaient déjà disponibles. Les chercheurs ont mélangé et planté au hasard plus de 30 individus de chacun des génotypes pour un total de 6 400 plantes. "Pour compter 52 707 insectes sur 6 400 plantes, le chercheur principal Yasuhiro Sato a passé des mois dans le jardin de recherche. Cet incroyable ensemble de données, collectées en profitant du jardin de recherche du campus d'Irchel, a été la clé de cette étude", explique Kentaro Shimizu.
Jusqu'à présent, il n'existait pas de méthodes permettant d'analyser les régions génomiques qui sous-tendent les interactions telles que la résistance associative entre individus de plantes voisines. Yasuhiro Sato et son équipe ont donc mis au point une nouvelle méthode d'analyse appelée Neighbor GWAS. Cette méthode applique un modèle utilisé en physique pour analyser les interactions entre aimants aux interactions entre individus végétaux voisins. Elle examine comment les dommages causés par les herbivores sont affectés lorsque des individus ayant des séquences génétiques d'ADN spécifiques sont voisins, en se basant sur les résultats réels d'expériences sur le terrain.
Jusqu'à 25 % de dégâts en moins pour les herbivores
L'analyse effectuée à l'aide de cette nouvelle méthode a montré que de nombreux gènes sont impliqués dans les interactions avec les individus voisins. À l'aide d'une méthode d'apprentissage automatique, les chercheurs ont pu prédire les dégâts causés par les herbivores et ont identifié des combinaisons de génotypes bénéfiques pour lesquelles une résistance associative a été prédite.
L'équipe de recherche a mené une autre expérience à grande échelle sur le terrain pendant deux ans, en plantant environ 2 000 individus de plantes dans des paires de génotypes pour lesquels trois niveaux différents de résistance associative ont été prédits. Cette expérience a révélé que, par rapport à la plantation d'un seul génotype, le mélange de deux génotypes a réduit les dommages causés par les herbivores de 24,8 % et 22,7 %, respectivement, pour le niveau de résistance associative le plus élevé et le deuxième niveau le plus élevé.
Développements futurs
"Du point de vue de la recherche fondamentale, cette étude peut être considérée comme un jalon dans l'étude des interactions entre les individus végétaux", déclare Kentaro Shimizu. "Il souligne l'importance de la biodiversité à deux égards. Tout d'abord, la diversité génétique des cultures elles-mêmes peut réduire les dégâts causés par les ravageurs. D'autre part, la réduction de l'utilisation des pesticides en milieu agricole peut contribuer à la conservation de la biodiversité, y compris celle des insectes."
Des méta-analyses dont Bernhard Schmid est coauteur ont montré que dans des cultures telles que le blé ou le riz, des augmentations de rendement de 4 à 16 % sont obtenues si des génotypes aléatoires sont mélangés dans le champ. Selon Shimizu, pour ces importantes espèces de plantes agricoles dont les génomes sont connus, la nouvelle méthode permet de prédire les mélanges de génotypes de plantes spécifiques qui maximisent la résistance associative, augmentant ainsi encore le rendement tout en économisant sur l'utilisation des pesticides.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Tiantian Huang, Thomas F. Döring, Xiaoru Zhao, Jacob Weiner, Pengfei Dang, Maoxue Zhang, Miaomiao Zhang, Kadambot H. M. Siddique, Bernhard Schmid, Xiaoliang Qin; "Cultivar mixtures increase crop yields and temporal yield stability globally. A meta-analysis"; Agronomy for Sustainable Development, Volume 44, 2024-4-23
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