Introduction

L’une des questions les plus brûlantes de notre époque est de savoir comment satisfaire les besoins alimentaires compte tenu de la croissance de la population humaine et des dommages environnementaux associés. En effet, l’agriculture conventionnelle actuelle n’est pas durable. En raison des pratiques agricoles (travail du sol, engrais, biocides, faible diversité végétale), les agrosystèmes sont fortement artificialisés. Depuis environ 20 ans, les rendements de la plupart des cultures ont commencé à plafonner. Dans ce contexte, il a été démontré que le réservoir microbien du sol est responsable des principaux services écosystémiques, notamment la fertilité des sols en éliminant des contaminants, en affectant la plupart des transformations des nutriments à partir de la matière organique morte, en établissant des interactions symbiotiques avec les plantes hôtes limitant l’effet négatif d’organismes phytopathogènes et en améliorant la nutrition des plantes et leur résistance aux stresses telle la sècheresse.

Le projet IRP The Plant Microbiota within a new smart Agriculture vise des objectifs aux fronts de sciences en écologie avec de potentielles répercussions en agriculture.

Rendement du blé en Europe. Les données utilisées sont celles disponibles auprès de la FAO. La ligne pointillée fine est une extrapolation de l’augmentation linéaire des rendements de 1970 à 1990.

Missions et thèmes de recherche 

Toutes les plantes interagissent avec un cortège de microorganismes très important pour elles formant leur microbiote. Ce microbiote hors et dans les tissus végétaux, notamment au niveau racinaire, impacte le phénotype et la valeur sélective des végétaux d’une manière générale. Aucune exception n’est connue dans la nature. Néanmoins, dans l’agriculture conventionnelle, les microorganismes symbiotiques sont peu considérés. Pire, par la vision plante-centrée de l’agriculture conventionnelle actuelle n’incluant pas le microbiote des plantes cultivées, certains symbiotes semblent aujourd’hui engagés dans une trajectoire évolutive de parasitisme comme conséquence des pratiques.

Faire le diagnostic des conséquences à long terme de l’agriculture conventionnelle est très important pour permettre de modifier les pratiques et tirer meilleur profit des fonctions écologique naturelles. Si les pratiques induisent des altérations fonctionnelles des symbioses il faudra alors imaginer des changements de pratiques, plus douces pour les symbioses, qui soutiendraient une agriculture durable. Nous avons par exemple initié dans le cadre collaboratif de l’IRP un travail sur les conséquences de l’agriculture conventionnelle et de l’amendement en engrais azoté en particulier. 

L’agriculture conventionnelle actuelle n’est pas durable. En raison des pratiques agricoles (travail du sol, engrais, biocides, faible diversité végétale), les agrosystèmes sont fortement artificialisés. Le projet IRP a permis de démontrer que l’effet à long terme de l’usage d’engrais minéral conduisait à un déclin de la biodiversité microbienne du sol. L’agriculture modifie la biodiversité des microorganismes du sol, la transforme et l’appauvrie. Pourtant les microorganismes du sol représentent le réservoir principal de symbiotes que les plantes peuvent recruter.

Les recherches actuelles pour l’amélioration des cultures se concentrent marginalement sur les  symbioses avec par exemple des investissements massifs dans la recherche sur l’édition du énome des plantes. La vision développée dans le projet ‘The Plant Microbiota within a new smart Agriculture’ est différente. A cœur de cette vision est placée la nécessité dans les agrosystèmes de promouvoir les symbioses. Dans ce cadre alternatif, les plantes sont considérées dans une perception plus holistique, comme holobiontes, en intégrant leur microbiote comme clé pour la productivité des agrosystèmes.

Une des grandes ambitions du projet IRP aujourd’hui initié est de tester dès la validité d’hypothèses basées sur le concept de l’hologénome pour mieux en défnir ses limites et son domaine d’applicabilité.

modèle synthétisant les conséquences de types d’amendements (chimique ou organique) sur les microorganismes  dans les agrosystèmes (d’après Xu et al., 2020)

Principaux projets de recherche

Le projet IRP se concentre sur de nouveaux développements conceptuels concernant :

• Les mécanismes qui déterminent les assemblages de microbiotes végétaux
• L’analyse des fonctions écologiques du microbiote végétal par approches ‘cellules unique-omiques’
• La compréhension des relations causales plante-microbes dans le contexte de l’holobionte (traits de performance des plantes en réponse à une communauté microbienne synthétique sur la base d’hypothèses éco-évolutives).

La collaboration scientifique qui se développe dans le projet visera à développer de nouvelles connaissances qui pourraient permettre demain de contribuer à un changement de paradigme pour l’agriculture, en conciliant les nécessités de durabilité et de productivité.

Les institutions et laboratoires impliqués 

Côté français :

UMR6553 – Ecosystèmes, biodiversité, évolution (ECOBIO), Université de Rennes 1

Côté chinois[1]:

Laboratoire clé pour l’utilisation des déchets organiques solides, les ressources agricoles et l’environnement, Université agricole de Nankin

[1] Key Lab for Solid Organic Waste Utilization, Agricultural Resources and Environment, Nanjing Agricultural University