L’azote est un élément essentiel pour la croissance des plantes et donc la production agricole. Comprendre comment les plantes assimilent l’azote est essentiel pour développer une agriculture durable utilisant moins d’engrais. Des équipes d’INRAE, de l’ENS de Lyon, de l’université de Poitiers, du Max Planck Institute de l’université Paris-Saclay et de l’université Paris Cité, avec la participation du CNRS[1], ont découvert le rôle majeur d’une protéine dans le métabolisme d’assimilation de l’azote. Appelée NLP2, elle régule à la fois l’assimilation de l’azote et le métabolisme du carbone qui assure l’apport d’énergie de la plante. Leurs résultats, publiés dans The Plant Cell, ouvrent la voie pour développer des variétés de plantes plus efficaces pour utiliser l’azote du sol et diminuer ainsi l’utilisation d’engrais en agriculture.

Bien que l’azote soit le composant principal de l’air (78 % de notre atmosphère), la plupart des plantes ne peuvent pas l’utiliser sous cette forme et doivent donc le prélever dans le sol. Dans nos régions, c’est principalement sous forme de nitrate que les plantes absorbent l’azote. Afin d’améliorer la production des cultures des engrais azotés sont utilisés, mais ils peuvent être facteurs de pollution. Comprendre le métabolisme des plantes, et plus particulièrement les mécanismes moléculaires contrôlant la perception du nitrate et les voies de signalisation qui en découlent, est essentiel pour comprendre comment les plantes assimilent l’azote efficacement et contribuer au développement d’une agriculture plus durable utilisant moins d’engrais. Une famille de protéines baptisée NIN-LIKE PROTEIN (NLP)[2], comprenant neuf membres chez la plante modèle étudiée Arabidopsis thaliana, a déjà été identifiée comme affectant l’expression des gènes des plantes en présence de nitrates. Parmi elles, NLP7 a été la première et la plus étudiée, mais le rôle des autres membres de cette famille et leurs interactions avec NLP7 restaient à élucider.

Les scientifiques ont découvert que la protéine NLP2 a un rôle essentiel car elle régule à la fois l’assimilation de l’azote des plantes mais aussi le métabolisme du carbone qui assure la production d’énergie indispensable au fonctionnement et au développement des plantes. Leurs résultats montrent que NLP2 joue un rôle spécifique et complémentaire à NLP7. Ces deux protéines se situent tout en haut d’une cascade de régulation du métabolisme des plantes. Elles créent un pont entre l’assimilation du nitrate et le métabolisme du carbone, permettant ainsi une utilisation efficace de l’azote et la croissance des plantes. Cette découverte permet d’établir un nouveau modèle de régulation avec la protéine NLP2 comme actrice centrale de l’assimilation de l’azote et des voies métaboliques associées, assurant ainsi l’approvisionnement en énergie en réponse à la disponibilité en nitrate dans le sol.

Cette découverte éclaire de façon nouvelle le métabolisme des plantes et leur efficacité à absorber l’azote. Elle ouvre la voie à la sélection de variétés de plantes assimilant mieux l’azote.

Références
Mickaël Durand, Virginie Brehaut, Gilles Clement, Zsolt Kelemen, Julien Macé3, Regina Feil, Garry Duville, Alexandra Launay-Avon, Christine Paysant-Le Roux, John E. Lunn, François Roudier, Anne Krapp, The Arabidopsis transcription factor NLP2 regulates early nitrate responses and integrates nitrate assimilation with energy and carbon skeleton supply, The Plant Cell https://doi.org/10.1093/plcell/koad025

[1] Ont participé à ces résultats l’Institut Jean-Pierre Bourgin (INRAE/AgroParisTech/Université Paris-Saclay), le laboratoire Ecologie et biologie des interactions (CNRS/Université de Poitiers), le laboratoire Reproduction et développement des plantes (ENS Lyon/INRAE/CNRS) et l’Institut des sciences des plantes de Paris Saclay (Université Paris-Saclay/CNRS/INRAE/Université Paris Cité).

[2] Le nombre de protéines faisant partie de la famille des NLP varie selon la plante par exemple le riz ou la tomate ont 6 protéines NLP alors que le blé en compte 18.

Légumineuse la plus cultivée sur la planète, le soja a représenté, en 2021, 70% de la production mondiale de légumes secs. S’il est utilisé à la fois dans l’alimentation humaine et animale, le soja consommé en France est principalement importé depuis les continents américains, où il est cultivé de façon intensive avec des effets délétères sur l’environnement. Au cours des six prochaines années, le projet scientifique SOYSTAINABLE, officiellement lancé jeudi 9 février, contribuera à promouvoir des cultures locales du soja pour l’alimentation humaine durables et résilientes au changement climatique. Le projet, financé par l’ANR dans le cadre de France 2030, sera coordonné par Jean-Malo Couzigou, chargé de recherche CNRS au Laboratoire de recherche en sciences végétales. Il sera appuyé par l’université Toulouse III – Paul Sabatier, l’établissement coordinateur.

Les hausses des prix liées à la pandémie de Covid, puis à la guerre en Ukraine, ont fait prendre conscience de la nécessité de l’indépendance alimentaire de la France : le pays doit être en mesure de produire les aliments essentiels à la consommation, et ce, dans un souci écologique. Aujourd’hui, les éleveurs français importent massivement leur soja et leurs fourrages, induisant un coût élevé et un impact délétère sur le climat, inhérents au transport des marchandises.

Pourtant, produire localement et durablement des sources végétales de protéines est tout à fait possible. C’est ce que SOYSTAINABLE entend stimuler au cours des six prochaines années. Doté d’un budget total de 11 millions d’Euros, dont 3 via l’appel à projets Plan d’Investissement d’Avenir (PIA4) de l’Agence nationale de la recherche (ANR), ce programme scientifique entend promouvoir en France une production alimentaire de qualité et riche en protéines, en générant des ressources et des pratiques nouvelles pour une culture du soja adaptée localement.

Pour Jean-Malo Couzigou, coordinateur du projet et chargé de recherche CNRS au Laboratoire de recherche en sciences végétales (LRSV – CNRS/Toulouse INP/UT3), la France dispose de sérieux atouts pour la production du soja : « il est pour l’instant peu sujet aux maladies, ne nécessite pas d’engrais azotés, présente des rendements en grains et une teneur protéique élevés tout en nécessitant moins d’irrigation que d’autres grandes cultures telles que le maïs ».

Parmi ses objectifs scientifiques, SOYSTAINABLE ambitionne de produire de nouvelles connaissances concernant les interactions du soja avec les microorganismes bénéfiques naturellement présents dans les sols. Les scientifiques conduiront également une analyse des bases génétiques régissant la qualité des protéines et la tolérance au froid du soja et utiliseront la modélisation agronomique, notamment pour améliorer l’installation de la culture du soja dans le nord du pays.

Enfin, SOYSTAINABLE a pour objectif de lever des verrous techniques à travers la mise en place, la conservation et l’exploitation de collections microbiennes et végétales ; des verrous industriels, grâce au développement de nouvelles pratiques et micro-organismes pour l’agriculture ; des verrous sociétaux, grâce à une meilleure compréhension et à la promotion de nouveaux usages alimentaires du soja, et enfin, pédagogiques, grâce à la formation d’une communauté « recherche et développement » autour des problématiques liées au soja et à sa culture.

Non content de rassembler une expertise académique nationale d’excellence, SOYSTAINABLE bénéficiera du savoir-faire de De Sangosse, entreprise de premier plan fournissant des biosolutions aux agriculteurs, de Lidea et RAGT, semenciers historiquement implantés en Occitanie, de Terres Inovia, l’institut technique français de la filière des huiles et protéines végétales, et s’appuiera sur les talents culinaires du chef étoilé Stéphane Tournié, du restaurant Les Jardins de l’Opéra, à Toulouse. Ce regroupement de connaissances, de compétences et de savoir-faire d'exception au sein de SOYSTAINABLE, sera le terreau nourricier de la synergie indispensable au succès de ce programme d'envergure nationale.
 

SOYSTAINABLE (ANR-22-PLEG-003) : vers une source de protéines de soja local et durable en alimentation humaine résiliente au changement climatique
Aide apportée par l’ANR 2 999 797,00 € Apport par les partenaires 8 210 158,38 €
6 ans (01/01/2023 – 31/12/2028)

7 partenaires académiques

L’université Toulouse III – Paul Sabatier, l’Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (INRAE), le Centre national de la recherche scientifique (CNRS), l’université Caen Normandie, l’Université Paris-Saclay, École d’Ingénieurs de PURPAN (Toulouse INP-Purpan), l’institut polytechnique UniLaSalle

5 partenaires privés

Lidea, RAGT 2N, De Sangosse, Terres Inovia, les Jardins de l’Opéra
8 unités de recherche dont 11 équipes de recherche, 7 plateformes technologiques, affiliées à 2 organismes de recherche (4 départements INRAE et l’Institut National des Sciences Biologiques du CNRS), 6 universités (Toulouse III – Paul Sabatier, Angers, Caen Normandie, Paris-Saclay, Paris et Créteil) et 4 écoles d'ingénieurs (Toulouse INP-ENSAT AgroToulouse, Institut Agro Rennes Angers, École d’Ingénieurs de PURPAN (Toulouse INP-Purpan), Institut Polytechnique UniLasalle)

Crédit photo : INRAE