Patates chaudes! La recherche d’AAC sur les gènes de pommes de terre tolérantes à la chaleur s’appuie sur une étude primée

Dans le jeu d’enfant classique, personne ne veut être celui qui tient la « patate chaude ». Cela s’applique également aux agriculteurs, car la hausse des températures mondiales donne un nouveau sens à ce terme. Les producteurs agricoles savent qu’il est de plus en plus urgent de pouvoir cultiver des pommes de terre capables de résister au stress thermique.

Originaire de la région des Andes en Amérique du Sud, la pomme de terre est devenue un aliment de base pour les consommateurs du monde entier – et pour une bonne raison. Une pomme de terre non pelée a une teneur en fer égale à celle d’une tasse d’épinards et contient autant de potassium qu’une banane de taille moyenne. Tandis que le temps frais des hautes terres andines était idéal pour la formation des pommes de terre, les cultures de pommes de terre ressentent les effets de la chaleur au Canada, où la température a atteint des niveaux records au cours des derniers étés. Pour assurer la viabilité et la rentabilité de la production canadienne de pommes de terre, dont la moyenne s’établit à 4,5 millions de tonnes par année, il est essentiel d’aider les producteurs à trouver des variétés plus résistantes aux perturbations potentielles de la croissance causée par la chaleur extrême.

Conscient de ce besoin, Xiu-Qing Li, Ph. D., chercheur scientifique d’Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC) au Centre de recherche et de développement de Fredericton, étudie le stress thermique chez les pommes de terre depuis des années, ce qui a mené à un certain nombre de percées au cours des dernières années. En 2018, il a fait équipe avec l’Université du Nouveau-Brunswick et des collaborateurs internationaux pour examiner la réaction de 55 variétés de pommes de terre au stress thermique, la première étude à grande échelle du genre. Dans le cas de la plupart des variétés à l’étude, le stress thermique a diminué la taille des feuilles, mais a augmenté leur verdeur et la hauteur des plants, tout en réduisant nettement la formation et la masse des pommes de terre. Cette étude a également permis de déterminer quelles variétés étaient les plus tolérantes à la chaleur : Eramosa, Chieftain, AC Belmont et Superior.

La détermination de ces variétés a été une première étape importante, mais même ces pommes de terre n’ont pas obtenu des résultats particulièrement bons dans la chaleur; il était donc clair que d’autres recherches étaient nécessaires. En 2020, M. Li a collaboré avec son collègue d’AAC, Benoit Bizimungu, Ph. D., ainsi qu’avec des chercheurs de l’Université Queen’s, à une étude qui a mérité le prix pour article exceptionnel de l’American Journal of Potato Research. Leur publication, intitulée « Effects of earliness on heat stress tolerance in fifty potato cultivars » (Les effets de la précocité sur la tolérance au stress thermique de cinquante cultivars de pommes de terre), a permis de déterminer que les variétés de pommes de terre connues pour leur maturité précoce sur le terrain se développaient au même rythme que les variétés à maturité plus tardive lorsqu’elles étaient soumises à un stress thermique en serre, mais que la chaleur ralentissait en fait leur processus de maturation. La recherche menée par M. Li et ses collègues visait à cerner les gènes spécifiques de la pomme de terre qui pourraient expliquer ce phénomène, ainsi que les mécanismes qui déterminent si une variété de pomme de terre arrivera tôt ou tard à maturité.

« Le stress thermique fait réagir les pommes de terre en modifiant le temps qu’il leur faut pour arriver à maturité, l’augmentation de la chaleur ralentissant en fait leur croissance. Cela crée un défi pour les agriculteurs qui doivent choisir les variétés à cultiver, déterminer quand ils peuvent récolter, et savoir quand ils peuvent espérer avoir des produits prêts à être commercialisés. Une plus grande certitude sur les taux de maturation pourrait les aider à sélectionner les meilleures variétés à produire. »

- Xiu-Qing Li, chercheur scientifique, Agriculture et Agroalimentaire Canada

Dans la foulée de cette étude primée, M. Li a lancé et dirigé un nouveau projet de recherche pour en apprendre encore plus, en examinant plus profondément les mécanismes génomiques des réactions de la pomme de terre au stress thermique. En 2020, il a cerné les gènes qui régulent la germination provoquée par la chaleur. Les pommes de terre cultivées pendant les étés chauds et secs présentent souvent un défaut appelé « germination sur pied » ou « germination due à la chaleur », qui peut entraîner une perte de nutriments, modifier la composition chimique et réduire la qualité globale et la valeur marchande de la pomme de terre. Dans cette étude, 18 variétés différentes ont été utilisées pour déterminer si les conditions de stress thermique étaient à elles seules responsables de ces germes indésirables. Ce projet a confirmé que la chaleur seule était effectivement le coupable, et que la précocité ou la tardiveté naturelle de la variété en question n’avait aucune incidence sur le développement ou non de germes en cas de stress.

Pour parvenir à cette conclusion, les chercheurs travaillant avec M. Li se sont penchés sur les réactions transcriptomiques des pommes de terre soumises à un stress thermique. Les études transcriptomiques consistent à examiner les gènes, les réseaux d’interactions génétiques et les caractéristiques de l’ARNm d’une cellule pour voir comment ils se comportent lorsqu’ils sont confrontés à des facteurs environnementaux ou à des maladies, ce qui permet d’obtenir un aperçu très détaillé du comportement et de la fonction des cellules. L’étude a révélé que les gènes associés à la dormance réduisaient l’activité chez les pommes de terre soumises à un stress thermique, tout comme chez les pommes de terre qui développaient des germes de chaleur après la récolte, ce qui indique que les métabolismes des hormones végétales jouent un rôle clé dans la germination provoquée par la chaleur. Ces informations s’avéreront utiles lorsqu’il s’agira d’améliorer génétiquement les variétés de pommes de terre pour les rendre plus tolérantes à la germination due à la chaleur.

« Ce que nous avons découvert pourra aider les agriculteurs et les transformateurs à prendre les meilleures décisions sur la manière d’entreposer et de traiter les pommes de terre soumises à un stress thermique. Il s’agit d’un défi auquel sont confrontés les producteurs du monde entier, et il est très valorisant de pouvoir contribuer à notre compréhension du problème et formuler des recommandations fondées sur des preuves. »

- Xiu-Qing Li, chercheur scientifique, Agriculture et Agroalimentaire Canada

L’étude a permis de recueillir des informations importantes sur la sélection des variétés de pommes de terre pour l’agriculture et la meilleure façon de planifier l’entreposage et l’utilisation des pommes de terre soumises à un stress thermique, ainsi que d’acquérir des connaissances qui aideront à mettre au point des variétés tolérantes à la chaleur à l’avenir.

Étant donné que le changement climatique menace d’apporter des conditions météorologiques encore plus chaudes et plus irrégulières, M. Li propose de caractériser davantage les variétés dans des conditions d’été chaud et de continuer d’élaborer des stratégies intégrées pour atténuer le risque de stress thermique. Ce type de recherche est un élément inestimable de l’atténuation du risque pour la production de pommes de terre au Canada et dans le monde.

Principales découvertes et avantages

• Les recherches d’AAC ont permis de déterminer des variétés relativement tolérantes au stress thermique en ce qui concerne la masse de la pomme de terre, la germination provoquée par la chaleur et la dormance post-récolte.
• Les recherches d’AAC ont permis de déterminer les caractéristiques génétiques qui contribuent à la tolérance à la chaleur des variétés de pommes de terre.
• Ces connaissances peuvent aider les producteurs et les transformateurs à choisir les meilleures variétés et à prendre des décisions cruciales sur l’entreposage et l’utilisation des tubercules récoltés.

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Renseignements connexes

• Profil scientifique : Xiu-Qing Li, Ph. D.