Une solution au problème de la famine dans le monde: un engrais miracle entièrement naturel qui accroît la photosynthèse. La découverte des messages chimiques que s'échangent les racines des plantes et les bactéries du sol a mis les scientifiques sur la piste d'une véritable poudre de perlimpinpin qui stimule la photosynthèse des végétaux et, de ce fait, accroît la quantité de biomasse produite.

Après des dizaines et des dizaines d'années passées à améliorer les caractéristiques agronomiques des plantes en créant de nouvelles variétés par hybridation et par sélection, les agronomes n'étaient toujours pas parvenus à accélérer la photosynthèse des plantes, ce processus par lequel les végétaux fabriquent leurs tissus — des sucres qui participent éventuellement à la synthèse de molécules plus complexes — à partir de l'eau et du gaz carbonique de l'air en utilisant la lumière comme source d'énergie.


«Compte tenu de la vitesse à laquelle la population mondiale s'accroît, il est impératif que nous trouvions les moyens d'augmenter la production agricole de 20 % d'ici 50 ans si nous désirons être en mesure de nourrir toutes les bouches», affirme Donald Smith, professeur au département de phytologie de l'université McGill. M, Smith vient de découvrir des substances qui permettraient de relever cet énorme défi, et ce, sans avoir recours à quelque manipulation génétique que ce soit.


Le scientifique a fait cette découverte alors qu'il cherchait à élucider le fait que le feuillage des plants de soya n'est pas coloré d'un vert aussi prononcé au printemps qu'au coeur de l'été, au moment où la croissance prend son véritable essor.


Le chercheur a rapidement compris que ce sont les températures fraîches du printemps québécois qui empêchent les pâles plantules d'emmagasiner l'azote nécessaire à la fabrication des protéines qui composent la chlorophylle, ce pigment de couleur verte qui joue un rôle clé dans le processus de la photosynthèse. Rien de surprenant, en vérité, puisque le soya est une plante tropicale; il est donc davantage adapté aux températures chaudes des tropiques.


Lors d'expérimentations en laboratoire, Don Smith s'est ainsi aperçu que les températures inférieures à 25 °C ralentissent significativement l'infection des racines des jeunes plants par les bactéries fixatrices d'azote. Le soya, comme toutes les autres légumineuses, se procure en effet une grande part de l'azote dont il a besoin grâce à la symbiose qu'il entretient avec une catégorie particulière de bactéries qui vivent dans le sol. Dans le cadre de cette relation privilégiée, les bactéries pénètrent dans les racines de la plante et y fixent l'azote qu'elles puisent dans l'air. Cet apport d'azote, qu'il faudrait autrement fournir aux cultures sous forme d'engrais, stimule la croissance de la plante.


En y regardant de plus près, le spécialiste a dévoilé l'existence d'une véritable communication chimique entre les plants de soya et certaines bactéries du sol. Cet échange démarre dès que pointent les premières racines, lesquelles excrètent un messager chimique — des flavonoïdes — qui signale leur présence aux habitants microscopiques du sol. En plus d'attirer les bactéries fixatrices d'azote vers les racines, les flavonoïdes déclenchent l'activation d'une série de gènes à l'intérieur de ces micro-organismes. L'entrée en activité de ces gènes entraîne la sécrétion d'un signal chimique — un lipo-chito-oligosaccharide, ou LCO — qui se fixe à la surface des racines et réveille un ensemble de gènes qui appartiennent au génome de la plante et qui, par divers processus biochimiques, facilitent l'infection des racines par ces bactéries bienfaitrices tout en assurant une protection contre celles qui seraient nocives.


«Or c'est justement cet échange de messages chimiques qui est affecté par les basses températures. Dans une terre froide, la plante n'arrive pas à produire de flavonoïdes. Par conséquent, les bactéries ont du mal à trouver les racines», explique Don Smith, qui a développé des technologies permettant d'amplifier cette signalisation qui fait défaut entre la plante et les bactéries lorsque les conditions environnementales ne sont pas propices. Une de ces technologies, commercialisée depuis quelques années, consiste à déposer à proximité des racines un cocktail de bactéries fixatrices d'azote et de flavonoïdes qui, normalement, composent le signal émis par les racines au moment de leur formation.


Depuis nombre d'années déjà, les agriculteurs appliquent une préparation de bactéries bénéfiques sous forme de spores, appelés inoculums, sur leurs semences. Don Smith a alors songé à ajouter des flavonoïdes à ces inoculums. Le résultat a été épatant: la symbiose entre les bactéries et les racines s'est faite plus rapidement, la fixation de l'azote a commencé plus tôt en saison, la croissance de la plante s'est accélérée et, en bout de piste, la récolte a été plus abondante, voire a augmenté d'au moins 10 %.


Le fait que les plantules émergent si tôt et croissent aussi rapidement en présence de flavonoïdes alors que les bactéries ont à peine commencé à emmagasiner l'azote nécessaire au développement de la plante a intrigué les scientifiques. «Nous avons cherché à vérifier quelle substance était réellement responsable de cette poussée de croissance: les flavonoïdes introduits dans les inoculums ou le LCO, dont ils induisent la production», précise Don Smith. À la suite de l'application de LCO tant sur les semences que sur des plants ayant atteint divers stades de développement, les chercheurs ont observé une nette accélération de la croissance. «Nous avons noté que le LCO stimulait la photosynthèse et en améliorait significativement l'efficacité, souligne Don Smith. Et non seulement sur des cultures de légumineuses mais sur d'autres plantes agronomiques, comme le maïs, le canola et le blé. De plus, lorsque nous avons vaporisé une solution de LCO sur des champs de soya en pleine croissance, la récolte a été de 10 à 20 % supérieure à celle obtenue en l'absence d'un tel traitement.»


Afin d'obtenir le LCO — ce composé chimique sécrété normalement par les bactéries fixatrices d'azote — en quantité suffisante pour être employé en agriculture, les chercheurs de McGill, qui ont fondé la société Bios Agriculture afin d'assurer la commercialisation du produit de leurs découvertes, ont mis au point un procédé qui consiste à cultiver les bactéries fixatrices d'azote en présence des flavonoïdes qui, dans la nature, stimulent celles-ci à produire le LCO. Par des techniques de centrifugation, ils isolent ensuite le composé miracle qui devrait aider à résoudre les problèmes de nutrition qui pointent à l'horizon.