Il y a environ 9000 ans, les gens ont domestiqué la téosinte, une herbe trouvée au Mexique. Le résultat a été le maïs. Les deux plantes sont très différentes. Le téosinte peut avoir des centaines d'épis avec quelques grains chacun. Le maïs, en revanche, a tendance à n'avoir qu'un seul épi avec des centaines de grains. Les différences sous le sol contribuent-elles aux différences au-dessus ? Alden Perkins et Jonathan Lynch examinés le nombre de racines séminales dans les semis de maïs et leur effet sur l'absorption des nutriments.

Les botanistes appellent les différences entre les plantes cultivées et leurs parents sauvages les syndrome de domestication. Certaines de ces différences sont délibérées, comme des fruits plus gros. D'autres effets peuvent être involontaires mais nécessaires pour soutenir la plante. Les racines du maïs en sont un exemple. Le maïs forme des racines séminales, des racines secondaires que des racines latérales à partir de la racine primaire. Perkins et Lynch se réfèrent à travaux antérieurs de Lynch et d'autres qui ont trouvé que le maïs avait 3.9 racines séminales, en moyenne. Son téosinte relatif sauvage avait 0.5.

Ces racines peuvent faire partie de ce qui a fait le succès du maïs en tant que culture. À l'origine, les gens ont domestiqué la plante dans les sols tropicaux du sud du Mexique. Ici, les nitrates s'échappent facilement du sol et il n'y a pas beaucoup de phosphore. Lorsque les agriculteurs ont emmené la plante dans les hautes terres mexicaines, ils ont eu un autre problème. Les sols volcaniques devraient être fertiles, mais les sols des hautes terres mexicaines ont une forte fixation du phosphore.

Le nombre accru de racines séminales améliore l'absorption du phosphore, disent Perkins et Lynch, mais on ne sait pas quel effet les racines ont sur l'azote. Il ne s'agit pas seulement de prendre du maïs et de la téosinte et de comparer la façon dont ils absorbent les nutriments. Parce que ce ne sont pas seulement les racines qui varient, il en va de même pour de nombreuses autres fonctionnalités.

"Comprendre les influences de la domestication sur le nombre de racines séminales chez le maïs nécessite de prendre en compte les performances des plantes dans divers environnements et des phénotypes intermédiaires à ceux du maïs et du téosinte", écrivent Perkins et Lynch. "Étant donné que le maïs et le téosinte diffèrent à plusieurs égards, y compris la vigueur, le tallage et les habitudes de croissance, il est difficile de comprendre comment les composants individuels de leurs phénotypes contribuent à l'adaptation au stress. La modélisation par simulation peut être une approche utile pour comprendre les architectures racinaires du maïs et du téosinte, car elle permet de modifier expérimentalement les traits de manière isolée tandis que les autres composants du phénotype restent constants. Le modèle de plante fonctionnel-structurel OpenSimRoot comprend un modèle architectural racinaire détaillé qui tient compte des coûts de construction des racines, de la respiration et de l'absorption des nutriments au niveau des segments racinaires individuels (poster et al., 2017). Il permet également de simuler des sols à faible teneur en phosphore et de simuler en trois dimensions le lessivage et l'épuisement des nitrates du sol.

"Les résultats suggèrent que les racines séminales sont bénéfiques à la fois pour l'acquisition d'azote et de phosphore pendant le développement des semis de maïs, et que les racines séminales peuvent améliorer l'acquisition d'azote dans des environnements avec plusieurs régimes de précipitations, taux de fertilisation et classes de texture du sol différents. Un nombre élevé de racines séminales peut ne pas être bénéfique pour la téosinte car ses taux de croissance plus faibles signifient qu'elle a des besoins en nutriments inférieurs en tant que plantule et parce que ses petites graines ont de plus petites réserves de glucides pour soutenir la croissance des plantules.

Il peut sembler que le maïs est simplement « plus en forme » avec ses plus grosses graines capables de soutenir plus de croissance. Cependant, Perkins et Lynch soulignent que le maïs pousse dans un système artificiel. Les graines plus petites du téosinte lui permettent de voyager plus loin et d'établir des populations. La téosinte n'est pas non plus régulièrement aspergée de pesticides. Cela signifie qu'il doit produire ses propres défenses contre l'herbivorie, ce qui peut ralentir son taux de croissance. Cela signifie qu'il peut investir les réserves de carbone limitées de la graine dans la radicule (racine) et le coléoptile (première feuille et pousse).

Comprendre les différences entre le maïs et la téosinte pourrait avoir de précieuses leçons pour l'avenir, disent Perkins et Lynch. "Alors que l'importance des racines séminales pour l'acquisition des nutriments chez le maïs diminue à mesure que la plante mûrit, le nombre de racines séminales peut encore avoir des implications agronomiques importantes. Les engrais azotés et phosphorés sont des intrants coûteux pour les producteurs de maïs, et moins de 60 % de l'engrais azoté appliqué est généralement récupéré par la culture... L'amélioration de l'efficacité de l'acquisition de l'azote à tous les stades de la croissance, y compris le stade des semis, a le potentiel de réduire la pollution la fertilisation et augmenter les rendements dans les systèmes à faibles intrants.

ARTICLE DE RECHERCHE

Perkins AC, Lynch JP. 2021. L'augmentation du nombre de racines séminales associée à la domestication améliore l'acquisition d'azote et de phosphore dans les semis de maïs. Annals of Botany 128: 453-468. https://doi.org/10.1093/aob/mcab074

traduction espagnole par Lorena Marchant