En 2015, l’humanité a englouti plus de 190 millions de tonnes d’engrais azotés. Un chiffre qui donne le vertige, mais derrière ces sacs d’azote se cachent des coûts cachés : production gourmande en énergie, émissions massives de gaz à effet de serre, sols lessivés, nappes phréatiques polluées. L’azote, indispensable à la croissance des plantes et à la vie des animaux, se fait paradoxalement source de problèmes alors même que l’air autour de nous en regorge, gratuit et abondant. Pourtant, la majorité des cultures reste dépendante d’une « perfusion » artificielle. Pour briser ce cercle, des laboratoires américains et britanniques se lancent dans un défi scientifique de taille : permettre aux plantes de capter directement l’azote de l’atmosphère, comme le font déjà certains micro-organismes. Le pari est audacieux, la récompense potentielle immense : se passer, un jour, des engrais chimiques. La National Foundation for Science (NSF, USA) et le Council of Biological and Biotechnology Research (BBSRC, Royaume-Uni) injectent ainsi 12 millions de dollars pour soutenir quatre équipes qui veulent réécrire le destin de l’agriculture.
Ces quatre projets, aux approches complémentaires, sont prêts à bousculer l’ordre établi :
A lire également : Comment entretenir des plantes méditerranéennes
- Nitroplaste, organelles cellulaires synthétiques (1,89 million de dollars), Carnegie Institution de Washington, Penn State University, MIT, Université de Glasgow, Imperial College Londres
Leur mission ? Créer de toute pièce une unité cellulaire capable de fixer l’azote atmosphérique. Les cyanobactéries, championnes du genre, utilisent la lumière du soleil pour transformer l’azote de l’air en composés assimilables. L’équipe veut transposer cette capacité dans d’autres bactéries en identifiant et en transférant l’ensemble des gènes responsables de cette prouesse. Il faudra aussi reprogrammer certains circuits métaboliques de l’hôte pour accueillir ce nouveau talent. Un chantier de biologie de synthèse à la frontière du possible. - Nitrogénase tolérante à l’oxygène (1,87 million de dollars), Michigan State University, Imperial College de Londres
La nitrogénase, clé de voûte de la fixation de l’azote dans la nature, a un talon d’Achille : l’oxygène la met hors service. Ce détail n’en est pas un, car les cellules végétales regorgent d’oxygène, ce qui les empêche d’utiliser cette voie naturelle. Pourtant, dans les années 1990, une équipe allemande a découvert une bactérie dotée d’une nitrogénase insensible à l’oxygène, vivant dans un environnement extrême. Depuis, la trace de cette bactérie s’est perdue. Le projet prend alors des allures d’enquête scientifique : retrouver cet organisme rare, décrypter son génome, puis transférer cette version spéciale de la nitrogénase dans des plantes. Si la quête réussit, le verrou de l’oxygène pourrait sauter pour de bon. - Symbiose artificielle plante–bactérie (5,09 millions de dollars), Université d’État du Montana, Université du Wisconsin Madison, MIT, Fondation Samuel Roberts Nobel, Centre John Innes
Dans la nature, certaines plantes forment des alliances avec des bactéries du sol logées dans des nodosités racinaires, transformant l’azote de l’air en nutriments. Les légumineuses, par exemple, maîtrisent cette coopération. Les scientifiques veulent reproduire ce partenariat dans des cultures comme les céréales, qui en sont incapables. Pour cela, il faudra modifier les signaux moléculaires et les mécanismes d’interaction entre les bactéries et leurs futures partenaires végétales. L’objectif : installer une symbiose sur-mesure, capable de nourrir les cultures sans recours systématique aux engrais. - Modélisation de la fixation de l’azote dans les cellules photosynthétiques aérobies (3,87 millions de dollars), Université de Washington, Penn State University
Les cyanobactéries jonglent habilement entre photosynthèse et fixation de l’azote, deux processus pourtant incompatibles à première vue. Certaines, comme la souche Cyanothece 51142, séparent ces activités dans le temps ou dans l’espace, évitant ainsi l’autodestruction enzymatique. Ce projet vise à décrypter les gènes qui rendent cette coordination possible, puis à transférer ces modules génétiques dans une autre cyanobactérie, puis dans les chloroplastes des plantes. L’idée : permettre aux cultures de marier photosynthèse et auto-fertilisation, un rêve pour les agriculteurs.
La portée de ces recherches n’a rien d’ordinaire. Si l’un de ces paris scientifiques aboutit, l’agriculture pourrait bien changer de visage, moins dépendante des intrants chimiques, plus respectueuse des équilibres naturels. Les prochaines années diront si l’azote de l’air deviendra, enfin, accessible à toutes les plantes. D’ici là, chaque avancée de ces équipes sera scrutée avec attention, et peut-être qu’un jour, on se souviendra de cette course à l’azote comme d’un tournant décisif pour nos champs et nos assiettes.
Recherche collaborative : Nitroplast : Organelle synthétique fixant l’azote à la lumière, Nitrogénase tolérante à l’oxygène, Ingénierie de la symbiose synthétique entre les plantes et les bactéries pour fournir de l’azote aux cultures, Conception de la capacité de fixation de l’azote dans les cellules photosynthétiques oxygénées.
A lire en complément : Problème de mildiou : comment traiter vos plantes ?
