Le zinc pourrait être la solution surprise à l’excès d’engrais dans les exploitations agricoles

Le zinc déclenche une réaction en chaîne dans les mécanismes génétiques de certaines cultures, favorisant une meilleure absorption de l’azote du sol.

Par Emma Bryce (Opens in a new window)

Des scientifiques ont fait une découverte potentiellement révolutionnaire : le zinc peut accélérer l’absorption de l’engrais du sol chez certaines plantes. Mis en pratique sur les terres agricoles, ce phénomène pourrait aider les cultures à récupérer l’azote de la terre beaucoup plus efficacement.

Publié dans la revue Nature, le nouvel article montre que le zinc déclenche dans les mécanismes génétiques des légumineuses une réaction en chaîne qui modifie leur réaction aux concentrations d’azote dans le sol. L’équipe de recherche a décidé de concentrer ses travaux sur les légumineuses, car ces plantes entretiennent une relation unique avec les microbes du sol qui forment de minuscules nodules attachés à leurs racines pour capter l’azote de l’air et alimenter la plante en échange d’un approvisionnement stable en carbone. Fournir du carbone aux bactéries racinaires voraces est un processus énergivore pour la plante. Les légumineuses ont donc acquis une capacité à réguler le degré de fixation de l’azote, un mécanisme que les scientifiques souhaitaient comprendre. 

Le travail a commencé par un dépistage génétique complexe visant plus de 150 000 plantes légumineuses. Cette démarche a permis de cerner un ensemble de gènes capables de détecter les signaux environnementaux provenant du milieu ambiant, tels que les concentrations d’azote, et de les associer à des réponses biologiques de la plante. Un gène s’est distingué par son incidence sur l’activité de nombreux autres gènes liés à la détection et à la fixation de l’azote, une sorte de gène parent que les chercheurs ont appelé FUN (Fixation Under Nitrate). 

Des expériences menées sur des plantes d’essai ont révélé que, lorsque les concentrations d’azote étaient élevées, le gène FUN s’activait, ce qui ralentissait l’activité des nodules racinaires bactériens et réduisait la quantité d’azote qu’ils fixaient à partir du sol pour alimenter la plante. Parallèlement, lorsque les concentrations d’azote étaient faibles, le gène FUN restait inactivé, ce qui permettait aux racines d’accélérer la fixation de l’azote. 

Cela dit, on ne savait toujours pas précisément comment ce gène détectait l’azote disponible, et donc ce qui en déclenchait l’activation ou la désactivation. Pour approfondir la question, les scientifiques ont étudié attentivement ce gène pour découvrir que ses capteurs avaient en commun une lointaine ascendance avec certaines protéines capables de liaison avec les métaux. 

Les scientifiques ont relié cet indice à un autre élément de preuve essentiel : ils ont constaté que lorsque les concentrations de nitrates dans le sol montaient en flèche, les concentrations de zinc – un élément métallique – dans les nodules racinaires diminuaient. En faisant le lien entre ces deux phénomènes, l’équipe de recherche a compris qu’il s’agissait du signal d’activation du gène FUN. Ses capteurs interprétaient la baisse des concentrations de zinc comme un signe annonciateur d’une augmentation de l’azote, ce qui interrompait sa dormance pour déclencher une réaction en chaîne dans d’autres gènes amenant les bactéries fixatrices d’azote à cesser leur travail. 

L’équipe a aussi constaté que l’inverse se produisait lorsque les concentrations d’azote étaient faibles et que les concentrations de zinc atteignaient des sommets. Le gène FUN se transformait en un filament protéique inactif, entrant ainsi en dormance jusqu’à ce que son intervention soit de nouveau requise, et laissant l’absorption d’azote se poursuivre.

Le zinc pourrait donc accélérer l’absorption de l’azote du sol par la plante, selon l’explication des scientifiques. Ce constat pourrait être révolutionnaire dans les situations où il y a un excès d’azote, par exemple lors d’abondantes applications d’engrais synthétique (Opens in a new window). Souvent, les agriculteurs épandent généreusement de l’engrais pour réduire le risque de faible rendement, mais une grande partie de cet engrais reste inutilisée et pollue par ruissellement les rivières, les lacs et la mer. Selon l’équipe de recherche, le zinc pourrait changer la donne en amenant les plantes à extraire davantage d’azote de la terre.

Elle explore actuellement cette possibilité, avec de nouvelles recherches sur la façon dont les principales cultures de légumineuses, telles que le soja et le dolique, réagissent à l’azote lorsque le circuit du gène FUN est désactivé. Les scientifiques espèrent que ces travaux contribueront bientôt à « augmenter l’approvisionnement en azote fixé des cultures d’intérêt agronomique ».

Lin et coll. « Zinc mediates control of nitrogen fixation via transcription factor filamentation (Opens in a new window) ». Nature. 2024.

Article original en anglais : https://www.anthropocenemagazine.org/2024/07/zinc-could-be-the-surprise-solution-to-excess-fertilizer-on-farms/ (Opens in a new window)

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Anthropocène est la version française d’Anthropocene Magazine (Opens in a new window). La traduction française des articles est réalisée par le Service de traduction de l’Université Concordia (Opens in a new window), la Durabilité à l’Ère Numérique (Opens in a new window) et le pôle canadien de Future Earth (Opens in a new window).