Révolution de la récolte de soja : Conception de cultures à l'ère du changement climatique - Le soja devient « petit et intelligent »

Révolution de la récolte de soja : Conception de cultures à l'ère du changement climatique - Le soja devient « petit et intelligent »

« Grandes feuilles = fortes » est-ce vrai ? — L'idée de remodeler le « toit » du soja

En voyant des champs de soja luxuriants, on pourrait penser que « plus les feuilles sont grandes, plus elles captent la lumière et produisent bien ». Cependant, le monde du soja n'est pas aussi simple que « plus il y a de feuilles, plus l'efficacité augmente ». Lorsque la plante grandit et que les feuilles se superposent, les feuilles supérieures monopolisent la lumière, laissant les couches inférieures dans une ombre chronique. Cela peut entraîner une situation où les feuilles inférieures ne fonctionnent pas suffisamment, et la plante dans son ensemble se retrouve à « ne pas capter suffisamment de lumière tout en augmentant simplement le coût de production des feuilles ».


Le sujet de discussion cette fois-ci est la possibilité, démontrée par une équipe de recherche de l'University of Illinois Urbana-Champaign, d'améliorer l'utilisation de la lumière simplement en changeant la « forme » des feuilles, sans réduire le rendement. L'idée est simple, mais les données présentées sont audacieuses.


Contenu de la recherche : Affiner les feuilles pour laisser passer la lumière

Le cœur de la recherche réside dans l'évaluation de « comment la forme des feuilles modifie l'environnement lumineux de la canopée », en utilisant des matériaux avec des conditions génétiques uniformes. Plus précisément, en utilisant le fait que la caractéristique de feuilles étroites est contrôlée par un gène presque unique (GmJAG1), de nombreuses « lignées isogéniques proches » avec un fond génétique presque identique ont été créées pour comparaison. En d'autres termes, une grande quantité de « soja avec seulement les feuilles différentes » a été préparée et mise en compétition dans le champ.


Selon le résumé de l'article, 204 lignées ont été évaluées. De plus, deux sites de culture et deux espacements de rangs (38 cm et 76 cm) ont été comparés. En conséquence, les lignées à feuilles étroites avaient un indice de surface foliaire (LAI) environ 13 % plus bas au pic, et la biomasse mesurée numériquement était légèrement inférieure, tandis que le rendement était statistiquement équivalent. En termes de chiffres, le rendement des feuilles étroites était d'environ 5 756 kg/ha, contre 5 801 kg/ha pour les feuilles larges, sans différence significative. De plus, la différence dans le « remplissage des gousses » est notable, avec un taux de gousses à 4 grains de 34 % pour les feuilles étroites contre 1,8 % pour les feuilles larges. En outre, la relation entre le LAI et le rendement n'est pas linéaire, suggérant que le LAI optimal se situe autour de 9 à 11 selon l'environnement. Cela renforce la possibilité que « plus de feuilles ne signifie pas mieux », mais qu'il existe une « plage optimale ».


Il est important de noter ici que la capacité photosynthétique elle-même n'a pas augmenté de manière spectaculaire. Selon le résumé, la capacité photosynthétique des feuilles n'a pas beaucoup changé, et la vitesse de transfert d'électrons et la masse par unité de surface foliaire (LMA) n'ont augmenté que « légèrement ». Le protagoniste est avant tout le « design » — le changement dans la distribution de la lumière.


Pourquoi les feuilles étroites sont-elles efficaces : la différence réside dans la « distribution » de la même lumière solaire

La canopée des plantes, vue d'en haut, est un « toit » vert. Si ce toit devient trop épais et dense, la lumière du soleil est bloquée en haut et n'atteint pas le bas. Les feuilles étroites créent des espaces dans le toit. Ainsi, la lumière traverse verticalement, permettant aux feuilles inférieures de travailler. Les feuilles supérieures sont exposées à la lumière intense pendant moins de temps, ce qui peut réduire les « pertes » dues à la protection contre la lumière ou à la dissipation thermique, qui se produisent facilement lorsque la lumière est excessive. En conséquence, l'efficacité de conversion de la lumière en graines pour la plante entière augmente — un état proche de ce que l'équipe de recherche appelle « accomplir plus avec moins de feuilles ».


De plus, le fait que le LAI ait diminué sans que la fermeture de la canopée (le moment où le champ est couvert de feuilles) ne soit considérablement retardée est suggestif. Même avec des feuilles plus étroites, l'angle des feuilles, la ramification, la disposition des feuilles, etc., peuvent compenser la « couverture apparente ». Cela ne se limite pas à « réduire les feuilles pour économiser de l'énergie », mais devient une question de « construction » où la morphologie de l'ensemble de la communauté est réajustée.


Impact vu du terrain de l'amélioration variétale : un « levier de forme » accessible par un seul gène

L'amélioration variétale se résume finalement à savoir si elle peut réussir sur le terrain. Ce qui est intéressant ici, c'est que la caractéristique des feuilles étroites devient un « levier » facile à manipuler grâce au gène unique GmJAG1. Il est plus facile de cibler cela que d'accumuler des caractéristiques complexes à plusieurs gènes. De plus, il est possible de l'introduire par croisement sans recourir à la modification génétique (dans l'étude, des lignées isogéniques proches ont été créées par stratégie de croisement). Cette « facilité d'introduction » est un facteur majeur qui influence la diffusion.


En outre, l'équipe de recherche, sur la base de résultats de modèles montrant que d'autres améliorations de l'efficacité photosynthétique (stratégies transgéniques, etc.) sont plus efficaces dans des environnements à forte lumière, suggère que l'amélioration de la canopée par des feuilles étroites pourrait servir de « plateforme synergique ». Autrement dit, avant d'améliorer immédiatement le moteur de la photosynthèse, il faut d'abord s'assurer que la lumière atteint le moteur — une proposition pour changer l'ordre des modifications.


Cependant, ce n'est pas universel : les « compromis » qui préoccupent le terrain

Cela dit, réduire ou affiner les feuilles n'est pas toujours un avantage. Il y a plusieurs points que les agriculteurs et les sélectionneurs prennent en compte.

  • Compétition avec les mauvaises herbes : Même si la fermeture de la canopée est équivalente, si l'environnement lumineux près du sol change, la vigueur des mauvaises herbes peut être affectée.

  • Impact sur la sécheresse et la chaleur : Moins de feuilles peuvent réduire la transpiration et améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'eau, mais comment la température des feuilles et le microclimat changent dépendent de l'environnement.

  • Lodging et maladies et insectes : Une meilleure ventilation peut réduire certaines maladies, mais peut aussi faciliter l'entrée d'autres insectes nuisibles.

  • Adaptation régionale : Le résumé montre que l'optimum de LAI varie selon l'environnement, et on ne peut pas dire que « les feuilles étroites sont optimales partout ».


Bien que la recherche ait été testée dans plusieurs conditions, les environnements de culture dans le monde sont encore plus diversifiés. La prochaine question sera de savoir comment l'« épaisseur optimale du toit » change selon la région, le groupe variétal et le système de culture (densité de plantation, période de semis, gestion de la fertilisation).

Réactions sur les réseaux sociaux : attentes, doutes, et perspective « table à manger »

Le thème de cet article possède de nombreux éléments qui se diffusent facilement sur les réseaux sociaux. « Le contraire de la sagesse conventionnelle », « Un seul gène », « Le rendement ne baisse pas », « Augmentation des gousses à 4 grains » — tout cela se prête à des phrases courtes. Cependant, la réception varie selon les perspectives. Ici, nous reconstituons les points de discussion typiques qui émergent sur les réseaux sociaux après la publication de l'article sous forme d'« exemples de publications (résumé) ».


Exemples de publications (résumé)

  • « Réduire les feuilles tout en gardant le même rendement pourrait aussi réduire les coûts d'engrais et de gestion, non ? » (Perspective du producteur : attente de réduction des intrants)

  • « Le problème de l'ombre créée par le haut est fondamental en physiologie des communautés. C'est intéressant que la ‘redistribution de la lumière’ ait fonctionné » (Perspective du chercheur : évaluation du mécanisme)

  • « Les gousses à 4 grains augmentent-elles vraiment autant ? Je veux connaître la répartition du rendement (nombre de grains, poids des grains) » (Perspective de l'amélioration et des statistiques : demande d'approfondissement des données)

  • « Modifier les gènes, c'est finalement du GMO ? Si c'est par croisement, c'est OK ? Et avec CRISPR ? » (Perspective du consommateur : confusion entre technologie et étiquetage)

  • « Si le changement climatique rend l'eau plus rare, ‘optimiser les feuilles’ semble logique » (Perspective environnementale : évaluation comme stratégie d'adaptation)

  • « Mais avec moins de feuilles, cela ne devient-il pas désavantageux sous stress lumineux intense ou chaleur élevée ? » (Sceptiques : remarque sur la dépendance aux conditions)

  • « Les plantes sont vraiment comme une ‘construction’. C'est romantique que changer la forme améliore la performance » (Grand public : fascination)

  • « Que le prix du soja se stabilise... (table à manger) Si le rendement augmente, c'est bienvenu » (Perspective du consommateur : attente de prix)

  • « Les entreprises semencières vont probablement s'y intéresser. Avec un gène unique, la vitesse d'introduction est rapide » (Perspective commerciale : potentiel de diffusion)

  • « Concevoir la canopée avant d'améliorer la photosynthèse, cet ordre a du sens » (Technophiles : sympathie pour la stratégie de superposition)


Ce genre de sujet mélange facilement les discussions sur la « découverte scientifique » et la « sécurité alimentaire, l'étiquetage et la réglementation ». Le point clé est que la recherche actuelle a d'abord montré une théorie de conception pour « l'optimisation de l'environnement lumineux dans la communauté par la forme des feuilles », et qu'il est nécessaire de la dissocier des méthodes d'introduction (croisement, édition du génome ou modification génétique).


Points d'intérêt futurs : les « trois à vérifier »

Enfin, nous nous concentrons sur trois points d'intérêt pour l'avenir.

  1. LAI optimal selon la région et le système de culture
    　Comme le montre le résumé, si la plage optimale varie selon l'environnement, organiser les conditions où les feuilles étroites sont optimales et celles où elles ne le sont pas sera la clé de la diffusion.

  2. Reproductibilité de la répartition du rendement (nombre de grains, poids des grains, formation des gousses)
    　L'augmentation des gousses à 4 grains est attrayante, mais comment cela varie avec le stress environnemental et les conditions de gestion est crucial.

  3. « Accumulation » avec d'autres améliorations
    　Lorsqu'on la combine avec des améliorations de la photosynthèse ou de la résistance à la sécheresse, dans quelle mesure la conception des feuilles étroites produit-elle des effets synergiques ? Cela pourrait être le prochain point de rupture.


L'intuition que « grandes feuilles sont de bonnes feuilles » est souvent vraie dans la nature. Cependant, les cultures sont aussi des « systèmes de production visant l'efficacité maximale dans un environnement artificiel qu'est le champ ». Distribuer la ressource commune qu'est la lumière solaire non pas par compétition entre feuilles individuelles, mais par l'ensemble de la communauté — l'histoire du soja à feuilles étroites incite fortement à ce changement de perspective.


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