Je crois que le secret pour cultiver des plantes résistantes à la sécheresse
qui assurera la sécurité alimentaire dans le monde
est dans les plantes de résurrection,
extrêmement desséchées sur la photo.
Vous devez penser que ces plantes sont mortes
mais elles ne le sont pas.
Donnez-leur de l'eau
et elles ressusciteront, verdiront, grandiront en 12 à 48 heures.
Alors, pourquoi je prétends que les plantes résistantes à la sécheresse
nous aideront à atteindre la sécurité alimentaire ?
La population mondiale actuelle est d'environ 7 milliards.
On estime qu'en 2050,
nous serons entre 9 et 10 milliards,
la plus forte croissance étant en Afrique.
Les organisations alimentaires et agricoles
ont suggéré qu'on devrait augmenter de 70%
les pratiques agricoles actuelles
afin de répondre à ces besoins.
Vu qu'une plante est en bas de la chaîne alimentaire,
la plus grosse part devra être fournie par des plantes.
Ce pourcentage de 70%
ne prend pas en considération les effets du changement climatique.
Ceci est tiré d'une étude faite par Dai, publiée en 2011 :
il a pris en considération
tous les effets potentiels du changement climatique
et les a exprimés parmi d'autres effets
qui favorisaient l'aridité, suite à l'absence ou la diminution des pluies.
Les zones en rouge ici,
sont celles qui, jusqu'à récemment,
ont été utilisées avec succès pour l'agriculture
mais ne le sont plus à cause du manque de pluie.
Ceci est la situation qu'on prévoit pour l'an 2050.
L'Afrique surtout, mais le monde entier,
sera en danger.
Nous devrons penser à de nouveaux moyens pour produire notre nourriture.
Et de préférence, entre autres, aux plantes résistantes à la sécheresse.
L'autre chose à rappeler à propos de l’Afrique
est que son agriculture est majoritairement pluviale.
Obtenir des plantes résistantes à la sécheresse n'est pas facile.
C'est à cause de l'eau.
L'eau est essentielle à la vie sur cette planète.
Tout être vivant, tout organisme actif,
des microbes à vous et moi
est constitué majoritairement d'eau ;
toutes les réactions vivantes ont lieu dans l'eau ;
et la perte d'une petite quantité d'eau est létale.
Nous sommes composés à 65% d'eau,
si nous en perdons 1%, nous mourons.
Mais nous pouvons changer de comportement pour éviter cela,
les plantes ne le peuvent pas.
Elles sont fixées au sol.
Déjà, elles ont besoin d'un peu plus d'eau que nous,
environ 95 % d'eau,
et elles peuvent en perdre un peu plus que nous,
de 10 à 70 % en fonctions des espèces.
Mais pour une courte durée seulement.
La plupart d'entre elles vont essayer de résister ou d'éviter la perte d'eau.
Les plantes succulentes, ou grasses, sont un exemple extrême de résistance :
elles ont tendance à être petites, très attirantes,
mais elles tiennent tellement à leur eau
que leur croissance en est extrêmement ralentie.
Les arbres et arbustes sont un bon exemple d'évitement de la perte d'eau,
ils enfoncent leurs racines très profondément
jusqu'aux réserves souterraines d'eau
et ils y restent connectés en permanence
afin de rester hydratés.
Celui à droite est appelé un baobab,
aussi appelé « arbre à l'envers »
parce que l'écart entre le nombre de branches et de racines et si grand
qu'on dirait qu'il est planté à l'envers.
Bien sûr, les racines sont indispensables à son hydratation.
Enfin, la stratégie la plus commune d’évitement est celle des plantes vivaces.
Les plantes vivaces représentent l'essentiel des ressources alimentaires.
Sur la côte ouest de mon pays,
durant l'année, il y a peu de croissance végétale
mais dés qu'il y a les pluies de printemps, on a ceci :
la floraison du désert.
La stratégie des plantes vivaces
est de ne croître que pendant la saison de pluie.
A la fin de la saison, elles produisent des graines
qui sont sèches, entre 8 à 10 % d'eau
mais tout à fait vivantes.
Et tout ce qui est aussi sec mais est quand même vivant
est appelé tolérant au dessèchement.
Dans cet état desséché,
les graines peuvent persister dans des environnements extrêmes
pendant de longues périodes.
Quand la saison des pluies démarre,
les graines germent et croissent
et le cycle recommence encore et encore.
On considère généralement que l’évolution des graines résistantes à la sécheresse
a permis la colonisation et le développement des plantes à fleurs
ou angiospermes, dans les terres.
Revenons aux plantes vivaces qui sont notre principale source de nourriture.
Blé, riz et maïs constituent 95% de notre alimentation en végétaux.
Et c'est une bonne stratégie
qui permet d'avoir beaucoup de graines en peu de temps,
les graines sont riches en énergie et donc en calories,
on peut les stocker en périodes d'abondance pour celles de famine
mais il y a un inconvénient :
les tissus végétaux, les racines et les feuilles des plantes vivaces,
ont peu de caractéristique de tolérance, évitement ou résistance à la sécheresse,
ils n'en ont pas besoin.
Ils poussent en saison pluvieuse et ils ont les graines
qui les aident à survivre le reste de l'année.
En dépit de tous les efforts en agriculture,
pour obtenir des plantes aux propriétés améliorées
en résistance, évitement et tolérance,
surtout en résistance et évitement
car on a de bons exemples pour comprendre ces mécanismes,
on a encore de telles photos :
une culture de maïs en Afrique.
Deux semaines sans pluie
et tout est mort.
Il y a une solution :
les plantes de résurrection.
Ces plantes peuvent perdre 95% de leur eau cellulaire,
persister dans un état sec pendant des mois, voire des années,
mais donnez-leur de l'eau
et elles vont verdir et reprennent leur croissance.
Comme les graines, elles tolèrent la sécheresse ;
comme les graines, elles résistent aux conditions extrêmes.
Et c'est un phénomène très rare,
il n'y a que 135 espèces de plantes qui peuvent vivre ainsi.
Je vais vous montrer une vidéo
du processus de résurrection de ces trois espèces, dans cet ordre.
En bas, il y a un axe temporel pour voir comme c'est rapide.
(Applaudissements)
Impressionnant, hein ?
J'ai passé 21 ans à chercher à comprendre comment elles font.
Comment ces plantes sèchent sans mourir ?
J'étudie une variété de plantes de résurrection,
montrées ici en états hydraté et desséché,
pour de nombreuses raisons.
L'une d'elles est que chaque plante sert de modèle à une culture
que je veux rendre tolérante à la sécheresse.
En haut à gauche par exemple, c'est une herbe,
nommée Eragrostis nindensis,
qui a un cousin proche nommé Eragrostis tef,
souvent connu sou le nom « tef ».
C'est un aliment de base en Éthiopie,
sans gluten,
et on aimerait le rendre tolérant à la sécheresse.
L'autre raison pour mes nombreuses recherches :
au départ, je voulais découvrir
si elles faisaient la même chose.
Utilisent-elles toutes le même mécanisme pour perdre toute cette eau sans mourir ?
Alors j'ai opté pour une approche des sytèmes biologiques
afin de comprendre la tolérance au dessèchement,
une approche où on regarde l'ensemble :
des molécules à la plante entière, au niveau écophysiologique.
Par exemple, on observe
les changements anatomiques lors du dessèchement
et leur ultrastructure.
Nous observons le transcriptome,
c'est le nom d'une technologie qui permet d'étudier
les gènes activés ou désactivés en réponse au dessèchement.
Les gènes codent des protéines donc on observe le protéome.
Quelles sont les protéines synthétisées en réponse au dessèchement ?
Certaines protéines codent des enzymes qui donnent des métabolites
donc on observe le métabolome.
C'est important car les plantes sont fixées au sol,
elles utilisent ce que j'appelle un arsenal chimique perfectionné
pour se protéger contre les attaques environnementales.
Donc il est important d'observer
les changements chimiques impliqués lors du dessèchement.
Lors de la dernière étude au niveau moléculaire, on observe le lipidome,
les lipides qui varient lors de l'assèchement.
C'est aussi important
car toutes les membranes biologiques sont faites de lipides,
elles tiennent leur rôle car elles sont dans l'eau.
Retirez l'eau et la membrane s'écroule.
Les lipides jouent aussi le rôles de signaux d'activation des gènes
alors on utilise des études physiologiques et biochimiques
afin de comprendre le rôle des protecteurs putatifs
qu'on a découverts dans nos autres études.
On utilise tout ceci pour comprendre
comment la plante réagit à son environnement naturel.
J'ai toujours pensé que je devais comprendre
le mécanisme de la tolérance au dessèchement
afin de suggérer une application biotique sensée.
Je pari que certains se demandent : « par application biotique,
veut-elle dire fabriquer des organismes génétiquement modifiés ? »
et la réponse à cette question est :
ça dépend de votre définition de modification génétique.
Les plantes que nous mangeons aujourd'hui : blé, riz et maïs,
sont hautement modifiées, comparées à leurs ancêtres
mais nous ne les appelons pas OGM
car elles sont produites conventionnellement.
Si vous pensez : vais-je mettre des gènes de plantes résistantes dans ces cultures ?
La réponse est : oui.
Durant nos recherches, nous avons tenté cette approche ;
plus exactement, mes collaborateurs à l'UCT,
Jennifer Thomson, Suhail Rafudeen, ont été à l'origine de cette démarche
et je vais vous montrer quelques résultats bientôt.
Mais nous allons sommes sur le point d'entamer une démarche très ambitieuse,
dans laquelle nous essayerons d'activer une série de gènes,
qui sont déjà présents dans chaque plante
mais qui ne sont pas activés durant les sécheresses extrêmes.
Je vous laisse décider
s'il faudrait les qualifier d'OGM ou pas.
Je vais vous donner quelques données issues de la première étude.
Pour ce faire,
je dois un peu vous expliquer comment fonctionne un gène.
Vous savez sûrement que les gènes sont fait d'ADN à doubles brins,
enroulés serrés, ils forment les chromosomes
qui sont présents dans toutes les cellules du corps humain ou végétal.
Si vous déroulez l'ADN, vous avez les gènes.
Chaque gène a un promoteur, sorte d'interrupteur ON-OFF,
une partie codante du gène,
et un terminateur qui indique la fin d'un gène et le début du suivant.
Mais les promoteurs ne sont pas de simples interrupteurs,
ils nécessitent un réglage fin,
beaucoup d'éléments doivent être présents et validés avant d'activer le gène.
Donc ce qui se fait généralement en biotechnologie,
c'est qu'on utilise des promoteurs déclenchables, qu'on sait comment activer.
On les associe au gène qui nous intéresse
puis on les met dans une plante et on observe sa réponse.
Dans l'étude dont je vais vous parler,
mes collaborateurs ont utilisé un promoteur déclenché par la sécheresse
découvert chez une plante de résurrection.
C'est un promoteur sympa car nous n'avons rien à faire.
La plante elle-même reconnaît la sécheresse,
On l'a utilisée afin d'activer les gènes antioxydants des plantes de résurrection.
Pourquoi les gènes antioxydants ?
Tous les types de stress, en particulier la sécheresse,
provoque la formation de radicaux libres ou espèces oxygénées réactives
qui endommagent et peuvent tuer la plante.
Les antioxydants stoppent la détérioration.
Donc, voici des données sur une souche de maïs très utilisée en Afrique.
A gauche de la flèche sont les plantes sans ces gènes ;
à droite, les pantes avec les gènes antioxydants.
Après 3 semaines sans irrigation,
celles avec les gènes se portent beaucoup mieux.
A propos de la dernière étude :
mes recherches ont démontré une similarité considérable
entre le mécanisme de tolérance au dessèchement
des graines et des plantes de résurrection.
Alors je me suis posé la question : utilisent-elles les mêmes gènes ?
Posée différemment :
les plantes résistantes utilisent-elles des gènes
dérivés de ceux des graines résistantes dans leurs racines et feuilles ?
Ont-ils reconfiguré ces gènes
dans les racines et les feuilles des plantes de résurrection ?
Et je réponds à cette question,
après de nombreuses recherches de mon équipe
et de récentes collaborations avec un groupe de Henk Hillhorst aux Pays-Bas,
Mel Oliver aux États-Unis
et Julia Buintink en France.
La réponse est : oui.
Il y a un ensemble de gènes impliqués dans les deux cas
et je vais grossièrement l'illustrer dans le cas du maïs.
Les chromosomes en dessous de l’interrupteur
représentent tous les gènes nécessaires à la tolérance à la sécheresse.
Lorsque les grains de maïs sèchent à la fin de leur cycle de vie,
ils activent ces gènes.
Les plantes de résurrection activent les mêmes gènes lorsqu'elles se dessèchent.
Donc toutes les cultures actuelles ont ces gènes dans leurs racines et feuilles,
mais elles ne les ont jamais activés.
Elles ne les ont activés que dans leurs graines.
Ce que nous essayons de faire,
c'est comprendre les signaux cellulaires et environnementaux
qui activent ces gènes dans les plantes de résurrection
afin d'imiter ce processus dans les cultures.
Une dernière remarque :
ce que nous essayons de faire en peu de temps
est d'imiter ce qu'a fait la nature dans l'évolution des plantes de résurrection,
il y a 10 à 40 millions d'années.
Mes plantes et moi vous remercions pour votre attention.
(Applaudissements)