Changement climatique | Vers des variétés qui s’adaptent à une atmosphère riche en CO2

Pendant 800 000 ans et jusqu’à la Révolution Industrielle, la concentration de CO2 dans l’atmosphère terrestre a fluctué entre 280 et 300 ppm. En 2000, cette concentration s’élevait à 360 ppm. Elle est aujourd’hui estimée à 417, et les estimations les plus optimistes pour 2050 l’évaluent entre 600 et 700 ppm. Sans réelle transition écologique, cette tendance continuera, impactant nécessairement les cultures.

« Une plante grandit grâce au processus de photosynthèse, qui lui permet de transformer du dioxyde de carbone en glucides , indique Denis Fabre, un des auteurs des articles et écophysiologiste au Cirad. La rapide augmentation du CO2 atmosphérique va donc fortement impacter la croissance des plantes, pourtant peu d’études s’intéressent à ce phénomène. »

La capacité de stockage du carbone des plantes comme principal verrou

Depuis quatre ans à Montpellier, une équipe de chercheurs du Cirad expérimente la réaction de plusieurs variétés de riz dans des serres à concentration de CO2 élevée. Leurs premiers travaux mettent à jour des capacités d’adaptation différentes.

« Nous avons remarqué que, lorsque le CO2 augmente, certaines des variétés en profitent et produisent plus, tandis que d’autres stagnent , explique Denis Fabre. C’était comme si certaines plantes étaient dotées d’un garrot qui les empêchaient d’emmagasiner le surplus de nourriture. »

Les scientifiques attribuent alors ce phénomène aux capacités des plantes à stocker du carbone. Les travaux suivants leur donnent raison.

« Les plantes possèdent différentes capacités de stockage de carbone , continue Denis Fabre, soient des capacités d’exportation des sucres par la plante vers des organes en croissance ou des sites de stockage, qui se matérialisent par exemple par de nouvelles talles, c’est-à-dire des pousses végétatives au niveau d’une tige. En testant des plantes aux capacités de stockage différentes, nous avons découvert que plus les capacités de "puits" d’une plante étaient importantes, plus celle-ci tirait avantage d’une atmosphère chargée en CO2. »

Impact majeur pour les sélectionneurs, particulièrement en cultures pérennes

Certaines plantes arrivent donc à s'adapter à la hausse du CO2 en formant de nouvelles tiges pour stocker du sucre. D’autres, n’y parviennent pas, et voient leur rendement stagner.

« Actuellement, les variétés de riz, mais aussi de blé, majoritairement utilisées sont celles qui ont été développées lors de la Révolution Verte , rappelle Denis Fabre. Les sélectionneurs ont cherché à raccourcir les plantes, à préférer les tiges courtes car cela facilite la récolte. Or, cette sélection a été si intense que les variétés produites se sont montrées, lors de nos expérimentations, incapables de s’adapter à une forte concentration de CO2. »

En réduisant le nombre de tiges ou en raccourcissant la plante, la sélection variétale a considérablement réduit les capacités de stockage de carbone des variétés. Si ces dernières sont plus productives que des variétés ancestrales, elles ne pourront pas profiter d’une atmosphère riche en CO2.

« L’idée n’est pas de revenir à des variétés anciennes, dont le rendement est faible, mais plutôt de prendre en compte cette nouvelle variable que représente la concentration de CO2 atmosphérique . Il est impératif que les processus de sélection se dirigent vers des variétés capables de tirer profit de nouvelles concentrations élevées, souligne Delphine Luquet, co-autrice des articles. Cela contribuera, même si partiellement, à contre-carrer les effets négatifs du changement climatique sur les cultures, notamment les stress environnementaux qui deviennent de plus en plus fréquents. »

« Pour les cultures annuelles, comme le blé et le riz, la sélection peut se refaire chaque année, donc l’enjeu est moindre. En revanche, pour des cultures pérennes qui reposent sur les mêmes plantations pendant 25 ou 30 ans, il est impératif de réfléchir aujourd’hui aux plantes qui devront grandir dans un futur proche riche en CO2 », conclut Denis Fabre.

Références

Dingkuhn Michael, Luquet Delphine, Fabre Denis, Muller Bertrand, Yin Xinyou, Paul Matthew J. 2020. The case for improving crop carbon sink strength or plasticity for a CO2-rich future . Current Opinion in Plant Biology

Denis Fabre, Michael Dingkuhn, Xinyou Yin, Anne Clément‐Vidal, Sandrine Roques, Armelle Soutiras, Delphine Luquet. 2020. Genotypic variation in source and sink traits affects the response of photosynthesis and growth to elevated atmospheric CO2 . Plant, Cell & Environment

Denis Fabre, Xinyou Yin, Michael Dingkuhn, Anne Clément-Vidal, Sandrine Roques, Lauriane Rouan, Armelle Soutiras, Delphine Luquet. 2019. Is triose phosphate utilization involved in the feedback inhibition of photosynthesis in rice under conditions of sink limitation? Journal of Experimental Botany