10 observations botaniques susceptibles de changer le monde

En ce qui concerne les grandes nouvelles scientifiques, le domaine de la botanique - la branche de la biologie traitant de la vie végétale - semble toujours ressembler au gamin timide qui est laissé de côté. Les gens semblent avoir une image de botaniste qui comprend des jardiniers adorablement âgés et glorifiés qui sont agenouillés dans le sol avec de petites bêches en plantant des fleurs.

Mais la botanique est en réalité à la pointe de la science. Le domaine contribue à informer et à façonner les domaines plus sexy qui retiennent l'attention de toutes les caméras, telles que la génétique, la biotechnologie, la paléontologie et les études sur le changement climatique. Cependant, de nombreuses observations botaniques promettent de changer le monde aujourd'hui.

10 champignons peuvent augmenter les rendements agricoles

En 2014, les scientifiques ont appris à utiliser les relations symbiotiques que les plantes établissent avec les champignons afin d’accroître le rendement des cultures tout en utilisant moins d’engrais.

Les scientifiques savent depuis longtemps que la plupart des plantes utilisent des champignons bénéfiques dans le sol pour produire des mycorhizes (racines fongiques). Ces champignons possèdent des filaments de longue portée, appelés hyphes, qui peuvent atteindre des éléments nutritifs que les racines d'une plante ne peuvent pas produire. Cette relation aide les plantes à collecter ces nutriments plus efficacement.

À présent, une équipe de chercheurs, dirigée par le Dr Michael Schultze du Département de biologie de York en Angleterre, a découvert une protéine (connue sous le nom de «pompe à protons») qui sert d’interface entre les champignons et les cellules des racines des plantes. Cela permet aux nutriments de transmettre à la plante. Cette observation a été publiée dans la revue La cellule végétale cela est produit par l'American Society of Plant Biologists.

Le Dr Schultze a déclaré que la pompe à protons spécifique aux mycorhizes serait un moyen pour les sélectionneurs de plantes d’augmenter les rendements des cultures tout en minimisant l’utilisation d’engrais, en tirant parti de l’accroissement naturel des gains en éléments nutritifs. Les engrais minéraux sont une source notoire de problèmes environnementaux. Ils peuvent entraîner l’érosion des sols et la contamination des eaux souterraines par les nitrates et les phosphates. Des niveaux élevés de nitrates sont dangereux pour la santé humaine. La contamination par les phosphates entraîne la prolifération d'algues lorsque celles-ci meurent et libère de l'oxygène extrait de l'eau lors de sa décomposition, un processus appelé eutrophisation.

9Importants avantages de la résistance du maïs au-delà de la vermine

Maïs Bt (traité avec la bactérie Bacillus thuringiensis) est la variété de maïs génétiquement modifiée bien connue qui est résistante à la chrysomèle des racines du maïs. Ces ravageurs du Midwest américain dévastent les cultures sous forme de larves et de coléoptères adultes. Les chrysomèles des racines du maïs coûtent aux producteurs plus d’un milliard de dollars par an.

Le maïs Bt se protège en produisant un pesticide appelé BT (qui est une toxine bactérienne) en lui-même. Cela réduit la nécessité de pulvériser des pesticides sur le maïs. Outre les avantages évidents, les scientifiques ont constaté que le maïs Bt dépasse souvent les attentes et produit des rendements plus importants que prévu.

En 2012, Fred Below et Jason Haegele de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont publié une étude qui a déterminé que le maïs Bt augmente les rendements en augmentant l'apport en azote tout en augmentant l'efficacité d'utilisation de l'azote. En n'ayant pas à investir dans des stratégies coûteuses de protection contre les parasites, les plantes se retrouvent libres de développer des systèmes racinaires plus sains et plus actifs, ce qui entraîne une augmentation de la production.

Le maïs Bt promet également de profiter aux scientifiques qui effectuent des recherches sur les systèmes racinaires. De grandes populations de plantes poussant proches les unes des autres, telles que les plantes cultivées, peuvent produire de vastes réseaux de systèmes racinaires si ces racines sont protégées des parasites. Les chercheurs disposent ainsi d'un plus grand réservoir de ressources pour comprendre le fonctionnement des systèmes racinaires. Ceci, à son tour, peut mener à de nouvelles avenues fructueuses de recherche et développement.

8Robots inspirés par les plantes

Des chercheurs d'un projet financé par l'UE à l'Istituto Italiano di Tecnologia travaillent sur une série de projets robotiques de pointe inspirés par ce qui semble être une source improbable: la vie végétale.

Barbara Mazzolai est la coordinatrice du projet FP7-PLANTOID, qui a pour objectif de concevoir et de prototyper des solutions matérielles et logicielles dans le domaine de la robotique inspirée des plantes. Cela inclut la façon dont ils bougent, perçoivent le monde et même la manière dont leurs racines se développent. Alors que beaucoup voient les plantes comme des organismes passifs qui ne font pratiquement rien, les plantes bougent en fait. Plusieurs fois, ce mouvement est «extrêmement efficace».

Le groupe a mis au point un prototype général visant à exploiter les interactions entre les plantes et le monde. Il comporte un coffre imprimé en 3D et laisse des sensations telles que la température, la gravité et l’humidité. Il possède également un système racinaire qui se développe et change de direction selon les besoins. C'est la première fois que des scientifiques se tournent vers les plantes pour résoudre des problèmes liés à la robotique.

Mazzolai et son équipe espèrent utiliser ces travaux dans des domaines aussi divers que l'agriculture, la médecine et l'exploration spatiale. Ils envisagent de futurs robots qui pourraient être abandonnés dans un monde extraterrestre où ils s’implanteraient et utiliseraient les informations sensorielles pour s’adapter aux environnements les plus difficiles. Une autre possibilité consiste à créer des robots chirurgicaux endoscopiques flexibles pouvant se déplacer dans le corps humain.

Le projet PLANTOID est soutenu par un financement de 1,6 million d'euros de l'UE et devrait être achevé en 2015. L'équipe travaille actuellement sur un prototype plus avancé avec plus de capacités. Ils espèrent développer un modèle qui utilise son environnement externe pour attirer de l'énergie et des robots plus intelligents qui peuvent apprendre des signaux environnementaux et prendre des décisions en fonction. Vous pouvez suivre l'avancement du projet et en apprendre davantage ici.

7 techniques de culture de désert

Des recherches récentes sur les techniques de culture dans le désert ont conduit à de nouvelles observations sur la manière dont les plantes établissent des relations avec les bactéries pour favoriser la croissance. Cela a d'importantes applications potentielles.

Dans une étude de 2012 publiée dans PLOS ONE, les chercheurs ont utilisé un poivron sensible à la sécheresse (Capsicum annuum L.) et s’est concentré sur les organismes qui se sont développés autour de lui dans des conditions de sécheresse. Ils l'ont fait en disséquant les systèmes racinaires et en échantillonnant les sols cultivés et non cultivés.

Ils ont découvert que, lorsqu'elles étaient soumises à la sécheresse, les bactéries entourant les plantes s'enrichissaient et conduisaient les plantes à une augmentation allant jusqu'à 40% de la photosynthèse et de la production de biomasse.

Plus les biologistes des plantes étudient la manière dont les plantes interagissent avec les organismes qui se développent autour d'eux, plus il est logique de parler de plantes comme d'un «méta-organisme» où le microbiome qui l'entoure fait partie intégrante du tout. la plante elle-même. Dans un monde où le changement climatique et la croissance des populations humaines exerceront une forte pression sur la disponibilité de l'eau et sur la quantité de terres utilisables pour l'agriculture, cette recherche nous aidera à conserver des rendements élevés en utilisant une irrigation minimale.

6La culture des algues marines

Alors que les algues fleurissent à proximité des plages et perturbent les écosystèmes, les algues sont une préoccupation environnementale croissante depuis un certain temps. C'est considéré par beaucoup comme un fléau et un problème que nous devons éradiquer.

Mais un groupe de chercheurs n'est pas d'accord. Ils ont dit: «Dans nos recherches, nous renversons l'argument et voyons les algues comme une ressource. Nous collectons les algues en excès le long des côtes et cultivons de nouvelles algues en mer. »Pourquoi feraient-ils cela?

Fredrik Grondahl, responsable du projet Seafarm à l'Institut royal de technologie du KTH en Suède, espère utiliser les algues comme source bon marché et abondante de nourriture, de médicaments, de plastique et de biocarburant. Les humains utilisent près de 40% de la production provenant d'écosystèmes terrestres, mais seulement 1% environ de ce que la mer peut produire.

La fécondation excessive de nos océans due à une activité humaine - appelée eutrophisation - finit par créer trop d'algues et, pour aggraver les choses, ce que nous produisons à partir de la mer est principalement une exploitation. Certaines pratiques de pêche, notamment le chalutage, ravagent les océans. Le chalutage tue des milliers d’êtres vivants qui ne sont jamais utilisés pour obtenir le poisson que les chalutiers veulent. Utiliser le potentiel des algues pourrait changer tout cela. Son utilité est incroyable et presque complètement négligée dans la plupart des cultures occidentales.

Les algues contiennent des vitamines, des acides aminés et des minéraux. Il peut être consommé nature ou utilisé pour produire des épices et des huiles. Il peut également remplacer des formes d'aliments pour animaux plus dommageables pour l'environnement. Les algues brunes peuvent produire trois fois plus de sucre que les betteraves à sucre.

Le projet Seafarm de Grondahl élève des algues sur des barils, puis les récolte sur terre, où elles sont ensuite traitées au moyen de processus de bioraffinage. Sa ferme, et d’autres projets similaires, ont un potentiel immense pour changer le monde.

D'autres nations utilisent les algues depuis un certain temps. De nombreuses régions d'Asie, notamment le Japon, l'utilisent depuis des siècles. L'Irlande, un pays ayant une longue tradition d'utilisation d'algues, a développé de vastes projets de culture d'algues depuis 2010. En 2011, la Norvège a lancé des projets similaires. Alors, peut-être que les fermes marines imaginées par les écrivains de science-fiction et les futuristes sont enfin sur leur chemin.

5Nouvelles observations de champignons pourraient conduire à une amélioration des fongicides

Une nouvelle étude de chercheurs de l'Université d'Exeter en Angleterre, publiée dans le numéro d'octobre 2014 de Nature Communications, montre le mécanisme par lequel la plupart des champignons pathogènes évitent le système immunitaire des plantes qu’ils attaquent. Cette découverte devrait conduire à une toute nouvelle génération de fongicides.

Le professeur de biosciences Gero Steinberg de UOE a souligné que les champignons pathogènes possèdent un potentiel majeur de perturbation de la sécurité alimentaire mondiale et coûtent déjà des milliards de dollars en dommages. Il a déclaré: "En fait, les pertes annuelles de blé, de riz et de maïs dues aux agents pathogènes fongiques sont les mêmes que celles dépensées par le (département) américain de la Sécurité intérieure - environ 60 milliards de dollars."

Il s'avère que la plupart des champignons pathogènes injectent à une plante des protéines effectrices qui lui permettent de contourner les réponses automatiques du système immunitaire et de pénétrer dans les cellules de la plante. Les champignons utilisent des organites de signalisation, appelées endosomes précoces, qui se déplacent entre le noyau de la cellule fongique et le point d'invasion. Ils agissent en tant que messagers et libèrent les protéines, ce qui permet au champignon de s'introduire en toute sécurité dans la plante.

En apprenant à désactiver ce processus, les chercheurs devraient être en mesure de créer de nouveaux fongicides pour traiter la maladie avant que le champignon ait la chance de faire son sale boulot. Les champignons pathogènes rendent souvent rapidement inefficaces les fongicides actuels, car leur vitesse de croissance rapide les aide à s'adapter rapidement aux traitements antifongiques.

Des microbes dans l'intestin humain peuvent fournir des biocarburants végétaux

Afin d'utiliser les plantes comme biocarburants, les scientifiques ont besoin d'un moyen de décomposer efficacement les parois cellulaires des plantes. Traditionnellement, ils le font en utilisant certains microbes qui possèdent le trait utile de le faire. Les candidats probables incluent les microbes présents dans le rumen et les intestins des termites.

Mais dans une étude de 2014 dans le Actes de l'Académie nationale des sciences, Le professeur Isaac Cann de l’Université de l’Illinois et son équipe de chercheurs estiment qu’ils ont trouvé un meilleur candidat, dans l’intestin de tous les lieux.

L'étude confirme une hypothèse antérieure selon laquelle les microbes intestinaux chez l'homme ont la capacité de digérer les fibres et de les transformer en sucres qui, à leur tour, fermentent les nutriments utilisés par les cellules humaines. Ces mêmes sucres peuvent être utilisés dans la levure pour générer de l'éthanol et d'autres combustibles liquides. Deux des microbes trouvés chez l'homme-Bacteroides intestinalis et Bacteroides ovatus-apparaissent plus efficaces pour décomposer les fibres végétales complexes que même celles trouvées chez les vaches.

En plus d’avoir des conséquences importantes pour la santé humaine, cette découverte peut grandement profiter à l’industrie des biocarburants, ce qui peut également nous permettre de tirer d’énormes avantages environnementaux.

3 arbres pouvant augmenter la bioproduction

Des chercheurs du Centre de biotechnologie végétale et de génomique ont mis au point une nouvelle forme de biotechnologie: une technique permettant d'accroître la production de biomasse d'une plantation forestière sans modifier le taux de croissance, la composition ou l'anatomie d'un arbre. Non seulement cela augmente la production globale d'arbres sans augmenter la demande alimentaire des arbres, mais de manière à pouvoir atténuer les effets du réchauffement planétaire et améliorer la sécurité énergétique en permettant une production de bois bien supérieure dans le même espace.

Ils l'ont fait par le biais d'une technique qui modifie l'expression de certains gènes responsables d'un processus appelé «ramification syleptique» dans les arbres, qui augmente le nombre de branches, la taille de la surface des feuilles et la croissance globale. Les chercheurs affirment que leur technique peut potentiellement fonctionner sur toutes les espèces de plantes ligneuses.

En raison de ses applications potentielles dans le secteur de la bioénergie et sur les marchés de l'énergie, le procédé a été breveté.

2Sound Vibrations pourraient bientôt stimuler les récoltes

En Europe, de nombreux pays ont mis en place de nombreuses interdictions de pesticides. Cela oblige les chercheurs à trouver d'autres méthodes de lutte contre les organismes nuisibles. Serait-il possible de remplacer un jour de nombreux pesticides dans le monde par un système de contrôle des insectes basé sur le son et les odeurs? Les chercheurs en Italie le pensent.

Ilaria Pertot et une équipe de chercheurs européens travaillant sur le projet PURE ont expérimenté des vibrations sonores et des phéromones afin de perturber le comportement d'accouplement de la teigne de la grappe et de la cigale en Europe. Scaphoideus titanus-deux parasites communs du raisin.

Les raisins représentant à eux seuls 38% de l'utilisation de pesticides dans toute l'Europe, il est facile de voir en quoi cette recherche pourrait avoir d'immenses avantages pour l'environnement, même s'il s'avère que son applicabilité n'est pas généralisée.

Les chercheurs affirment que, sur la base de leur étude jusqu’à présent, les méthodes qu’ils développent sont aussi efficaces, sinon plus, que l’utilisation de pesticides chimiques et pourraient éventuellement les remplacer.

1La diversité des plantes chinoises est cruciale pour la sécurité alimentaire mondiale

L’Occident a eu quelques raisons d’envier la Chine au cours des dernières décennies et il se peut qu’il en ait une autre. Une équipe botanique de l'Université de Birmingham en Angleterre, ainsi que des partenaires chinois, affirment que la grande diversité de plantes en Chine pourrait être cruciale pour la sécurité alimentaire mondiale à l'avenir.

La flore chinoise comprend plus de 20 000 espèces de plantes supérieures. Les chercheurs ont identifié 871 de ces espèces indigènes connues sous le nom de plantes sauvages apparentées aux plantes cultivées (CWR). On les appelle ainsi en raison de leur potentiel génétique d'adaptation et d'aide au maintien de 28 cultures mondiales importantes (telles que le riz, le blé, le soja et bien d'autres). Certains sont utilisés pour aider les plantes cultivées à améliorer leur résistance au froid ou à fournir une résistance aux toxines. D'autres ont amélioré la résistance à la sécheresse ou amélioré les qualités nutritionnelles telles que la teneur en protéines. Quarante-deux pour cent d'entre eux ne se produisent nulle part ailleurs dans le monde.

Cependant, ce ne sont pas toutes de bonnes nouvelles. Les chercheurs ont également constaté qu'au moins 17% de ces espèces extrêmement précieuses sont en danger d'extinction et nécessitent une attention immédiate. Entre-temps, une base de données de toutes les espèces étant terminée, des efforts sont en cours pour commencer à préserver l’espèce dans des banques de gènes afin de conserver leurs précieux traits.

Le monde commence tout juste à prendre conscience de l’importance des CWR et d’autres plantes sauvages dans la lutte pour atténuer les effets du réchauffement planétaire et assurer la stabilité économique de l’agriculture. La chercheuse Shelagh Kell a déclaré que la politique impliquée était incroyablement complexe et qu '«il fallait accorder une attention urgente au CWR de Chine pour veiller à ce qu'il soit correctement conservé, afin que cette diversité puisse être utilisée dans les programmes d'amélioration des cultures avant d'être perdue à jamais. ”