Science-2015-Les Plus Petits Ouvriers Ag[…]

14 AUGUST 2015 • VOL 349 ISSUE 6249 sciencemag.org SCIENCE traduction française par Pierre-Luc QUAAK!
LES PLUS PETITS OUVRIERS AGRICOLES
LES SCIENTIFIQUES DECOUVRENT DES MILLIERS DE MICROBES QUI AIDENT LES PLANTES
SURVIVRE ET PROSPERER. POURRAIENT AIDER LES AGRICULTEURS A CES SYMBIOTES AINSI?
PAR JOP DE VRIEZE A PALENCIA, ESPAGNE
Regardez. Rien ne fleurit ici. Pas même
les mauvaises herbes. "Pius Floris
ramasse l'une des dizaines de pierres
dispersées autour de lui sur le sol
dégradé, stérile prospectifs. Des
décennies de sécheresse, la
monoculture, la surutilisation d'engrais,
et le labourage excessif ont payé le prix
sur ce champ dans la région espagnole
de Castilla y León. En conséquence,
vent et pluie ont emporté tout, mais pas
la couche arable fertile de 25 cm qui
sert à nourrir le grain ici. Pendant des
siècles, cette région était le grenier à
grain. Aujourd'hui, les rendements sont si
bas que les agriculteurs travaillent la
zone seulement en raison de
subventions de l'Union européenne.
Floris, un entrepreneur néerlandais de
la santé des plantes, veut renverser
cette situation.
Avec des chercheurs de l'Université de
Valladolid et une équipe d'agriculteurs
locaux, il participe à un projet pilote
financé par l'UE qui vise à rendre
l'agriculture de nouveau rentable sur
ces sols dégradés, sans irrigation.
Ses collaborateurs clés: les microbes.
Une des raisons pour lequel le sol est
détruit ici, selon Floris, est que
l'agriculture a détruit son écosystème
microbien, qui aide les plantes survivre
et pousser. Son équipe a récemment
appliqué des microbes bénéfiques - en
particulier des champignons qui vivent
autour des racines des plantes dans
cette zone dégradée, en plus de l’ajout
d'engrais organiques.
«Les agriculteurs ont ignoré ces
symbioses depuis des décennies », dit
Pius Floris. «Nous les apportons et les
faisons revenir dans la course. "
Il n’est pas le seul à essayer de le faire.
Les scientifiques ont récemment
découvert une vertigineuse diversité de
bactéries, virus et champignons qui
vivent dans, sur et autour des racines
dans le sol. Bon nombre de ces micro-
organismes, appelés les rhizobiomes,
aident les plantes d'une manière ou

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d'une autre, en leur apportant des
éléments fertilisants et les protégeant
des ravageurs et des maladies. Des
petites entreprises de biotechnologie
aux départements agronomiques de
grandes firmes, tous pensent qu'ils
apportent un énorme gain potentiel en
agriculture et ont récemment commencé
une série de nouveaux essais sur le
terrain. Un rapport 2013 publié par
l'American Academy de microbiologie
(AAM), avec l'optimisme Titre ‘’Comment
les microbes peuvent contribuer à
nourrir le monde’’, conclu que les
microbes ont le potentiel à augmenter
les récoltes tout en permettant aux
agriculteurs à utiliser moins d'engrais et
de pesticides; certain microbes peuvent
même permettre aux plantes de croître
dans des endroits très secs ou salés, qui
pourraient aider le monde à s’adapter
au changement climatique.
Quelques colonisateurs ont été sur le
marché depuis des décennies, comme
Trichoderma, des champignons qui
suppriment les champignons
pathogènes, et le brillant tueur, le
Bacillus Thuringiensis ou Bt., bien connu
maintenant, (Le gène de la toxine de
bactérie a également été introduite
dans les génomes de certaines cultures.)
Récemment, des grandes entreprises
agrochimiques tels que Bayer ont sauté
dans le train ‘’biologique’’ en marche.
«C’est une révolution de la
microbiologie », dit Thomas Schäfer,
vice-président de la R&D microbienne
au Novozymes, une société de
développement d’engrais et pesticides
microbiens qui a récemment fait une
alliance avec le géant de l'agriculture,
Monsanto.
Schäfer pense que les agriculteurs sont
dirigés vers "une agriculture de
précision," dans lequel ils ajouteraient
microbes bénéfiques, ou
entretiendraient ceux qui existent, après
une analyse en profondeur du terrain
microbiologique.
La diversité dans le sol microbiome est
si stupéfiante que trouver quels sont les
organismes bénéfiques, ceux qui offrent
plus de prestations, de quelle manière,
ou quelle combinaison fonctionnera le
mieux, est une tâche gargantuesque.
Aussi difficile est de savoir si les
microbes peuvent considérablement
réduire l'utilisation des pesticides et les
engrais chimiques, et si les agriculteurs
classiques feront confiance à ces
nouvelles possibilités.
La question principale selon certains
scientifiques est: A quel degré la
microbiologie peut remplacer la chimie
dans l'agriculture?
Scientifiques et agriculteurs ont
longtemps perçu les microbes comme
originaires de problèmes. Un organisme
unicellulaire fongique appelé
Phytophthora infestans, responsable du
mildiou et d'autres maladies des
cultures, a causé des famines à travers
l'histoire et est toujours un problème
majeur. D’autres variétés de
champignons et des bactéries
provoquent la désintégration de racines
et de feuilles.
Pourtant, les agriculteurs savent que
certains microbes sont utiles: le groupe
de bactéries appelées rhizobiums, qui
vivent à l'intérieur des racines de
légumineuses et fixent l'azote de l'air
sous forme biologique utile pour les
plantes, figurent par exemple dans les
manuels scolaires. Mais récemment, de
nouvelles méthodes d’analyse de l'ADN
et le séquençage ont apporté un vaste
réseau complexe d’interactions
mutuellement bénéfiques à notre
regard, comparable aux rôles
symbiotiques de milliers de bactéries et
les espèces virales qui peuplent l'intestin
humain, la peau et d'autres tissus que les
chercheurs ont découverts.
Des études ont montré qu'il existe
jusqu'à 10 milliards de cellules
bactériennes par gramme de sol en et
autour des racines, une région connue
comme la rhizosphère. Ce domaine est
extrêmement varié; en 2011, une
équipe dirigée par microbiologiste des
sols Jos Raaijmakers de la Pays-Bas
Institut d'écologie à Wageningen
détecté plus de 33.000 souches
bactériennes et archéennes sur les
racines de la betterave à sucre. Des
dizaines d'espèces apparaissent pour
supprimer les maladies des plantes en
excrétant des substances qui
combattent les microbes pathogènes ou
prennent la place des loges prises par
les agents pathogènes.
Une étude de la vigne à New York,
publié en Mars, a montré que la
composition du rhizobiome dépend
fortement du type de sol.
Les expériences de laboratoire et en
serre ont également montré que les
microbes rendent une variété
d’éléments nutritifs et de minéraux
présents dans le sol disponibles pour la
plante, produisent des hormones qui
stimulent la croissance, stimulent le
système immunitaire de la plante, et
déclenchent ou diminuer des réactions
au stress. "En général, on peut dire qu'un
sol plus diversifiée en microbiome
permet de diminuer les maladies des
plantes et augmente leur rendement" :
dit Raaijmakers.
Parmi les microbes, les plus utiles sont
appelés ‘’mycorhizes’’ ou ‘’champignons
des racines’’, qui forment un réseau
dense de minces filaments se
propageant loin dans le sol, agissant
comme des extensions des racines qu’ils
vivent dans ou hors des racines. Ces
champignons facilitent l'absorption de
l'eau et une grande quantité d’éléments
nutritifs – Pius Floris les appelle "les
caddies du supermarché. "
Les microbes peuvent aussi aider
plantes à survivent à des conditions

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extrêmes. Une étude de 2007 a montré
qu’un un complexe de symbiose entre
champignons et virus rend une herbe
appelée Dichanthelium Lanuginosum
possible à prospérer dans des sols
géothermiques du Park national de
Yellowstone, où les températures
atteignent 60 ° C. Le champignon,
maintenant soigneusement étudié et
introduit sur le marché américain en
2014 pour application sur le maïs et le
riz, déclenche une réponse positive au
stress que les plantes seules ne peuvent
pas assumer.
De même, une bactérie appelée
Stenotrophomonas Rhizophila a été
démontré qu’elle augmente fortement la
tolérance à la sécheresse dans cultures
comme la betterave à sucre et le maïs.
En 2013, une étude a permis une
explication: le microbe excrète une
variété de molécules qui aident les
plantes à résister au stress, y compris
appelés osmoprotecteurs, qui
empêchent le flux d’eau sortant des
plantes en environnements très salés.
Les microbes peuvent même altérer la
saveur des plantes alimentaires: Une
bactérie appelée Methylobacterium
Extorquens augmente la production de
furanones, un groupe de molécules qui
donne aux fraises leur saveur
caractéristique.
Les services fournis par les microbes
sont apparemment extrêmement
important pour les plantes, comme s’ils
ont mis dans beaucoup d'énergie pour
devenir favoris. Des études ont montré
que jusqu'à 30% du carbone fixé par les
plantes est excrété par les racines, soit
par les dits exsudats - comprenant
sucres, acides aminés, flavonoïdes,
acides aliphatiques, et acides gras qui
attirent et nourrissent les espèces
microbiennes bénéfiques, tout en
repoussant et tuant les nuisibles. Les
connaissances du rhizobiome de
L’ACADEMIE AGRONOMIQUE a plus
fait son chemin pour dans le monde de
l'entreprise et sur le domaine des
agriculteurs. Un des premiers exemples
était Serenade, un biopesticide
contenant un Bacillus Subtilis, souche qui
a des propriétés antifongique et
antibactérien et favorise la croissance
des plantes.
Cela a été découvert par AgraQuest,
une société de biotechnologie à Davis
en Californie. « Tant de produits
pharmaceutiques ont été extraits du sol,
mais pour l'agriculture, ce potentiel était
à peine exploité », rappelle Denise
Manker, qui a cofondé la société en
1995. Serenade, enregistré par le
ministère de l'Agriculture des Etats-Unis
en 2001, peut être appliqué sous forme
liquide sur les plantes et dans le sol pour
lutter contre une gamme d’agents
pathogènes. «Au départ, la plupart de
nos clients étaient agriculteurs
biologiques", dit Manker. bientôt, dit-
elle, les agriculteurs conventionnels
innovants ont commencé à expérimenter
ce produit, et certains sont devenus des
convertis.
Jusqu'à présent, le marché pour de ces
produits a été modeste. Presque tous
ceux qui sont enregistrés sont des
biopesticides; le rapport AAM estime
qu'ils rapportent environ 1 milliard $ par
an, chiffre bien pâle par rapport
marché mondiale des pesticides et
d'engrais chimiques, estimée à
respectivement 50 milliards $ et 60
milliards $ chaque année. Mais les
grandes compagnies entreprises
d’agrochimie voient le potentiel
d’alternatives microbiennes. « Il nous a
fallu 17 ans pour susciter l’intérêt de
grandes entreprises, mais nous l'avons
fait », dit Manker. En 2012, le géant
agro allemand Bayer a acheté
AgraQuest pour 425 millions $. Manker
est devenu le directeur mondial du

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développement agronomique des
produits biologiques de Bayer, un
travail entrepris avec un budget annuel
de recherche de 10 millions ¤. Il est
utilisé pour tester sur le terrain des
dizaines de nouveaux champignons et
des bactéries pour remplacer pesticides
chimiques ou servir de biostimulants, qui
favorisent la santé et la croissance des
cultures.
Une explication de l'intérêt de Bayer:
Une résistance croissante publique
contre les pesticides chimiques et une
directive européenne 2009 visant à
réduire leur utilisation a causé la
stagnation du marché de la protection
chimique des cultures, alors que la
demande pour les produits biologiques
était de plus en
plus proche de +
10% par an.
D’ailleurs il n’est
pas surprenant
que les
concurrents de
Bayer ont pris le
pas de manière
similaire.
Syngenta et
BASF ont acquis
des petites
entreprises de
développement
de produits
microbiens
l'année dernière;
Dupont en a fait
ainsi en Avril de
cette année. Le
nouveau
partenaire de
Monsanto,
Novozymes, a
beaucoup investi dans un biofertilisant
contenant le champignon du sol
Penicillim Bilaii, et un bio-insecticide qui
contient le champignon Metarhizium
Anisopliae.
La liste des microbes potentiellement
appropriés est sans fin, dit Matteo
Lorito, un pathologiste des plantes à
l'Université de Naples Federico en Italie,
et met les entreprises face à de lourdes
tâches. "Le défi auquel ils sont confronté
est la sélection de souches viables et
efficaces pour le commerce ", dit Lorito,
en particulier parce que de nombreux
microbes sont spécifiques de certaines
plantes et la composition de la
rhizobiome peuvent changer
rapidement. Traditionnellement, les
microbes sont d’abord sélectionnés puis
testés et étudiés intensivement dans des
laboratoires et des serres. Mais les
souches prometteuses n’ont souvent pas
réussi à prouver leur efficacité dans
certains domaines, en raison du sol, du
climat, et des effets de l'écosystème.
Aujourd'hui, la plupart des entreprises
utilisent une « première approche au
champ » dans laquelle des centaines ou
même des milliers de souches
microbiennes sont testées sur des
parcelles de terrain. Si l'on réussit, le
mécanisme d'action est analysé ensuite
dans le laboratoire. Mais même un
domaine prometteur étude ne garantit
pas le succès à la ferme.
«Les gens utilisent des produits
microbiens sur une variété de cultures,
avec une application différente
méthodes et dans différents sols et de
climats, " explique Matthew Wallenstein,
un scientifique de l'écosystème à
l'Université d'État du Colorado (CSU),
Fort Collins. "Cela fera l'un des résultats
beaucoup plus variable. Il est très
difficile de faire un produit miracle qui
fonctionne partout ".
Le fait que ces biologiques sont des
êtres vivants est partie le problème;
pour travailler mieux, ils doivent s'établir
et prospérer par eux même.
Une façon de leur donner un avantage
est de traiter directement les graines au
lien de l’appliquer dans le sol; de cette
façon, ils peuvent coloniser la
rhizosphère de la plante dès le début
dès l’apparition de la 1ère racine et
être en meilleure position pour dominer
l'espace.
Les populations de microbes bénéfiques
diminuent avec le temps. Les
pulvérisations de Serenade, par
exemple, augmentent fortement la
densité de B. Subtilis dans le sol au
début, mais rapidement le niveau
diminue au cours d'une saison agricole
car la bactérie ne parvient pas
stabiliser une niche permanente. Cela
peut être parce qu’elle se fait surpasser
par la communauté de microbes
existante.
«L’application
d’une souche
unique, souvent ne
suffit pas ", dit
Raaijmakers. "Tu
besoin d'un
consortium de
deux, trois, ou
même cinq ou plus
de souches
collaboratrices qui
peuvent résister à
la force
écologique. "Pour
trouver des
combos succès, les
scientifiques ont
récemment
commencé la
sélection ces
combinaisons de
manière
systématique, par
l'identification des
réseaux microbiens d'origine naturelle
dans les champs et en étudiant en
laboratoire leurs interactions jusqu'au
niveau moléculaire. «Scientifiquement,
c’est la marche à suivre», dit
Raaijmakers.
Enregistrer de tels cocktails en qualité
de biopesticides est un défi, cependant,
dit-il. Tant dans les États-Unis qu’en
Europe, les entreprises doivent prouver
aux autorités de régulation que les
deux souches individuelles et le produit
dans son ensemble sont sans danger
pour les consommateurs et
l'environnement. "Ceci est un processus
laborieux et coûteux », explique
Raaijmakers. Voilà pourquoi beaucoup

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de produits existants ne sont pas
intitulée «biopesticides», mais
«biostimulants"; car il est plus facile de
faire enregistrer cette dernière
catégorie, mais le marché est moins
lucratif.
Parce que des siècles de culture
peuvent avoir volé aux plantes cultivées
leur capacité à attirer eux-mêmes les
microbes bénéfiques, Raaijmakers
conduit également un projet visant à
étudier les cultures antiques et leurs
microbes dans leur environnement
naturel, comme les haricots sauvages en
Colombie et de la ancêtre de blé
Triticum Tauschii (Tausch de goatgrass).
L'espoir est d'identifier les
caractéristiques des plantes et les
microbes symbiotiques qui pourraient
bénéficier aux cultures modernes.
L'effort pourrait donner des composés
qui peuvent être appliqués aux plantes
ou au sol, mais dans le long terme, les
scientifiques espèrent trouver les gènes
codant pour les molécules d'exsudat qui
attirent les microbes et les réintroduire
dans les cultures modernes. "Pour la
première fois, les fermiers et les
organismes de contrôle bio se parlent
entre eux", dit Lorito. "Ils commencent
maintenant à inclure l'interaction avec
des microbes dans les cultures. "
PIUS FLORIS, LA FORCE MOTRICE
d’un projet pionnier pour restaurer le sol
dans Espagne, a contribué à ce que
diverses factions parlent entre elles. Il y
a plusieurs décennies, tout en travaillant
pour une entreprise Néerlandaise
spécialisée dans l'entretien des arbres
et en étudiant avec un
phytopathologiste célèbre des du
Service des Forêts des Etats-Unis, il a
réalisé que les racines font beaucoup
plus qu’ancrer arbres et pomper de
l’eau. Aujourd'hui, il est propriétaire
d'une entreprise qui offre des conseils et
des produits biologiques pour améliorer
la vie du sol pour les agriculteurs, les
jardiniers et horticulteurs; Raaijmakers et
plusieurs autres scientifiques également
appuient ses connaissances pratiques.
La vision de Floris est plus radicale que
la plupart: un «remède» pour les terres
agricoles dégradées, basée sur une
ensemble holistique de mesures qui met
les microbes avant et au centre. L'espoir
est même que cette volonté de faire
disparaître la nécessité d’utiliser des
engrais artificiels, «La mère de tous les
maux», selon Floris, car il est désastreux
pour microbienne vie. Les engrais
épuisent le sol de sa matière organique
et de ses oligo-éléments, la cause de la
salinisation, et de la suppression des
mycorhizes; des études ont montré qu'ils
peuvent également transformer les
bactéries symbiotiques en concurrents
qui s’entretuent.
Le projet pilote, maintenant dans sa
3ème année et non encore publié,
montre que l'approche de Floris peut
fonctionner. L'équipe a emprunté une
charrue romaine antique d'un musée
local pour ameublir légèrement le sol et
fait crêtes pour retenir l'eau de pluie. Ils
ensemencées avoine et vesce, qui attire
les bactéries qui fixent l'azote et le
laisse dans les racines de la vesce
après la moisson. Ils ont planté des petits
oliviers pour augmenter la diversité
microbienne. Puis ils séparent le
domaine de 100 hectares en trois
zones. Zone A : traitée avec de
l'engrais chimique et les pesticides; les
Zones B et C ont été fournis avec
différentes quantités d'un biofertilisant
organique, constitué de restes de raisins
fermentés contenant une variété de
bactéries et les champignons, et une
dose de 4 types de spores de
mycorhizes différents. Aucun des zones
n’ont été irriguées.
En mai de cette année, Floris visite ces
champs d’avoine et de vesce, se
penchant tous les 2 m pour inspecter les
cultures. La culture de la zone B, qui a
reçu le plus d’engrais organique, avait
atteint deux fois la hauteur de celles de
la zone A et dépassait légèrement celle
de la Zone C. «Cela m’a vraiment
retourné! "cria-t-Floris.
(Le rendement de récolte de la zone B,
a égalé celui de cultures irriguées, alors
que celle de la zone conventionnelle
était négligeable.)
La raison pour laquelle cela était
possible devint plus claire quand
collègue de Floris, Pedro Alonso a
creusé un trou profond dans zone B. Les
racines des plantes avaient percé le sol
rocheux jusqu’à une profondeur de
presque 2 mètres, assez profond pour
atteindre le les eaux souterraines. Cela
ne pourrait pas arriver sans mycorhizes,
qui ont pénétré la roche en excrétant
des acides, Floris dit: "Ces champignons
permettent aux cultures de survivre sans
irrigation, même à travers les parties les
plus sèches de l'année. "
D'autres suivent l'expérience avec
intérêt, mais tout le monde n’est pas
convaincu que La recette de Floris est la
solution pour l'agriculture dans son
ensemble. "Si vous voulez faire une
différence, vous avez besoin pour
entrer dans le système existant, " dit
Wallenstein CSU. "Il est irréaliste
d’attendre soudainement un
changement radical. Pour les
agriculteurs, ce serait tout simplement
trop de risques financiers à abandonner
les engrais et les pesticides et pour
investir dans de nouveaux équipements
pour appliquer les produits biologiques.
"
Prem Bindraban, directeur exécutif du
Centre de Recherche d'engrais virtuel à
Washington D.C financé les industriels,
reconnaît que les engrais chimiques
peuvent nuire microbes bénéfiques.
"Mais à mon avis, les engrais chimiques
est toujours essentiel de maintenir le
rendement », dit-il.
"Nous devons trouver une solution pour
combiner la avantages de l'engrais et
des microbes symbiotiques ".
Le Vice-président de Novozymes
Schäfer acquiesce. "Les Biologiques
peuvent aider à réduire la quantité de
engrais et d'eau utilisée, mais il y aura
encore être un rôle pour la chimie ", dit
Schäfer.
Mais Floris veut voir jusqu'où il peut
pousser ses aides microbiennes. En ce
jour de mai, comme il quitte le sol
espagnol et revient à sa voiture, un
tracteur passe dans un champ adjacent,
laissant un nuage de poussière
organique. « Labour par 30° à mi-
saison? Une catastrophe pour le sol et
ses habitants », soupire-t-il. "Eh bien,
nous ne devrions pas être trop
pessimiste. Beaucoup de changements
se produisent déjà, et plus rapidement
que jamais. "■