Chaque mois d’avril au cours de la dernière décennie, le biologiste des systèmes Rodrigo Gutiérrez a parcouru 1 600 kilomètres (1 000 miles) pour atteindre l’un des endroits les plus secs de la planète : le désert d’Atacama au Chili, dont certaines parties reçoivent moins de trois millimètres de pluie par an. Son équipe a collecté des plantes et de la terre sur près de deux douzaines de sites chaque année, a congelé les échantillons dans de l’azote liquide et les a ramenés à son laboratoire de l’Université pontificale catholique du Chili. Pour une nouvelle étude dans le Actes de l’Académie nationale des sciences des États-Unis, Guitérrez et ses collègues ont analysé les gènes des plantes et les micro-organismes qui les aident à prospérer dans des conditions aussi extrêmes.
“Nous ne savions presque rien sur la façon dont ces plantes ont survécu”, explique Gutiérrez. “Il y avait un grand potentiel pour étudier ces espèces sauvages, ce qui est maintenant un peu plus facile avec tous les outils génomiques dont nous disposons.” Son équipe a étudié 32 espèces végétales, certaines étroitement liées aux céréales, aux légumineuses et aux cultures de pommes de terre, à partir de trois plages d’altitude.
Les scientifiques mènent généralement des études génétiques sur des plantes cultivées en laboratoire, ce qui permet aux chercheurs de contrôler étroitement des facteurs tels que la quantité de nutriments et la lumière que les plantes reçoivent. Mais l’échantillonnage des plantes dans la nature capture les différences critiques en fonction de leurs conditions de vie variées. Cette étude “fusionne la génomique avec la compréhension écologique de la façon dont les plantes se comportent dans leur environnement naturel”, explique l’Université de Californie, Davis, biologiste végétale Neelima Sinha, qui n’a pas participé à la recherche. “Cela en soi le rend très important.”
Pour identifier les gènes qui contribuent à la survie des plantes, Gutiérrez a travaillé avec des écologistes, des biologistes végétaux, des experts en génomique et des informaticiens pour comparer les codes génétiques des espèces d’Atacama échantillonnées avec celles de plantes étroitement apparentées. Dans ce que les chercheurs décrivent comme une « mine d’or génétique », ils ont retracé les changements évolutifs des génomes et identifié les mutations adaptatives liées à la réponse au stress, au métabolisme et à la production d’énergie. Ces mutations pourraient aider les plantes du désert à tolérer un rayonnement solaire intense, à optimiser la capture de l’eau et à ajuster les périodes de floraison. Les chercheurs ont également découvert une abondance de bactéries qui vivent sur les racines des plantes du désert et convertissent l’azote de l’air en une forme utilisable, favorisant la croissance dans les sols pauvres en azote.
Les chercheurs pourraient potentiellement insérer de nouveaux gènes dans des plantes alimentaires et des graminées utilisées pour le biocarburant, dit Gutiérrez, donnant à ces espèces de meilleures chances de survie lorsqu’elles sont plantées dans des sols plus salés et des zones connaissant la sécheresse – des conditions qui devraient devenir plus sévères avec le changement climatique.
