L'azote est essentiel à la vie sur Terre, principalement parce qu'il est un composant clé des acides aminés, les éléments constitutifs des protéines. Les plantes ne font pas exception à cette règle et doivent obtenir de l'azote utilisable pour survivre. Certaines plantes forment des relations symbiotiques célèbres avec des bactéries du sol capables de fixer l'azote gazeux sous une forme utilisable par la plante. Les légumineuses importantes pour l'agriculture représentent une proportion importante des plantes connues pour entrer dans ces relations symbiotiques. L'efficacité de cette relation peut varier en fonction de facteurs tels que les conditions environnementales et le type de bactérie impliqué. Maximiser cette efficacité est intéressant à la fois pour obtenir le meilleur rendement possible des cultures de légumineuses et pour restituer au sol de l'azote utilisable par d'autres cultures. Dans un article récent publié dans PNAS, Marcela Mendoza-Suárez et ses collègues développent une méthode pour mesurer l'efficacité de cette relation du point de vue bactérien. Une utilisation possible passionnante de cette méthode consistera à sélectionner les meilleures bactéries pour tirer le meilleur parti de cette symbiose dans des scénarios agricoles.
Les bactéries fixatrices d'azote (également connues sous le nom de rhizobium) sont hébergées par des légumineuses pour obtenir de l'azote utilisable dans des structures racinaires spécialisées appelées nodules (voir l'image ci-dessous). Les légumineuses sont une source alimentaire mondiale majeure et particulièrement chère au premier auteur. Comme Marcela Mendoza-Suárez l'a dit à Botany One : « Je suis originaire du Mexique, où les haricots font partie de notre alimentation de base, et pour les familles à faible revenu qui n'ont pas accès aux produits animaux, ils sont la principale source de protéines, de minéraux , fibres, glucides et vitamines. Une situation similaire se produit dans toute l'Amérique latine, dans de nombreux pays africains et en Inde, où les légumineuses sont la principale source de protéines. Malheureusement, dans toutes ces régions, les agriculteurs à faible revenu n'ont pas accès aux engrais chimiques en raison de leur coût élevé.
Afin de mesurer l'efficacité de différentes souches de rhizobium dans leur interaction avec les plantes, Mendoza-Suárez et ses collègues ont entrepris de mesurer deux paramètres clés. Le premier est la quantité d'enzymes fixatrices d'azote produites. En d'autres termes, à quel point une certaine souche de rhizobium pourrait être « efficace » pour la fixation de l'azote. Pour mesurer cela, les auteurs ont construit des séquences d'ADN qui expriment une protéine fluorescente à partir d'un promoteur de gène synthétique, similaire à celle en amont des gènes codant pour les enzymes fixatrices d'azote. Lorsqu'il est inséré dans les rhizobiums, cela provoque la production de la protéine fluorescente proportionnelle à la quantité d'enzymes fixatrices d'azote produites par les bactéries. Une lecture de ceci peut être obtenue en mesurant la quantité de fluorescence provenant des nodules racinaires.
Le deuxième paramètre à mesurer est le degré de "compétitivité" des différentes souches de rhizobium, par exemple si elles sont capables de surpasser toutes les autres rhizobiums dans un nodule ou de coloniser tous les nodules du système racinaire. Pour ce faire, les auteurs ont introduit des séquences uniques de "code-barres" dans chaque construction d'ADN qu'ils ont créée pour chaque souche de rhizobium. En utilisant ces séquences, ils ont pu identifier quelles souches de rhizobium étaient présentes dans chaque nodule et si certaines souches étaient plus capables de se propager à travers tous les nodules que d'autres. A partir de là, un indice de compétitivité a été calculé pour chaque souche de rhizobium. Une souche, G083, avait un indice de compétitivité plus élevé que toute autre et est apparue dans toutes les plantes testées par les auteurs. G083 a également produit de grandes quantités de fluorescence dans les nodules par rapport aux autres souches. G083 est donc une possible souche de rhizobium « élite » dans les conditions utilisées dans cette étude, car elle est à la fois compétitive et efficace. Cette souche et d'autres souches très performantes pourraient être une alternative aux engrais chimiques coûteux.
Comme le soulignent les auteurs, il reste à voir si G083 et d'autres souches hautement performantes fonctionnent de la même manière dans différentes conditions environnementales. Cependant, les méthodes qu'ils développent fournissent une plate-forme pour une étude plus approfondie de cela. Alors que les auteurs effectuent également la plupart de leurs mesures sur différentes souches d'une même espèce de rhizobium (Rhizobium leguminosarum) chez les pois, ils montrent que les constructions d'ADN qu'ils utilisent sont également capables d'être au moins partiellement exprimées par certaines autres espèces de rhizobiums. Cela signifie que la méthode développée par les auteurs pourrait être appliquée à l'avenir à une variété d'espèces de rhizobiums dans différentes plantes légumineuses. Mendoza-Suárez déclare : « J'ai eu l'opportunité de tester cet outil dans un grand projet de production agricole durable appelé ProFaba. Notre objectif ultime est de trouver les meilleures techniques de sélection de féveroles. Grâce à ce projet, je recherche maintenant des souches de rhizobium d'élite dans de nombreux sites au Danemark, en Allemagne, en France, en Irlande, en Finlande, au Royaume-Uni et en Espagne ». Surveillez cet espace alors!
