Chapter I. General introduction
I. Introduction générale
Pendant ces dernières cinquante années , la population mondiale a connu une augmentation considérable (deux fois environ) et s’est accompagnée d’une forte augmentation (3 fois) de la production céréalière qui atteint 2.5 milliards de tonnes (FAO 2016). Toutefois, cette population continuera certainement à croitre pour atteindre les 9.7 milliards d’habitants en 2050 (DESA 2015); et le problème est qu’il faudra doubler voire même tripler la production agricole mondiale, surtout dans les pays africains. Ceci pose un problème pour la sécurité alimentaire qui, d’après la FAO (2009), est basée non seulement, sur une alimentation suffisante en quantité, mais aussi, suffisamment nutritive pour permettre une vie saine et active à l’Homme.
Par conséquent, assurer une augmentation de cette production au rythme de la croissance de la population demeure un défi important auquel les chercheurs doivent agir, surtout que nous sommes conscients que les solutions connues pour augmenter la productivité de l'agriculture au XXe siècle, dont l’utilisation intensive des engrais, montrent actuellement leurs limites.
La fertilisation fait partie des enjeux qualitatif et quantitatif de la production végétale sur lesquelles repose le système alimentaire mondial. Par exemple, en absence d’un apport important en engrais azotés, la récolte mondiale n’atteindrait que 50 % de son niveau (Erisman et al., 2008). Un autre élément indispensable à la croissance et au développement des plantes est le phosphore (P). La faible disponibilité de cet élément dans la plupart des sols tropicaux représente souvent le premier facteur limitant la production agricole. La première révolution verte, était à l’origine d’une utilisation intensive des engrais phosphatés dont l’objectif était d’assurer une forte production des plantes. Néanmoins, en même temps que la fabrication des engrais phosphatés exerce des pressions croissantes, la réserve mondiale en P est susceptible de s’épuiser à échéance de quelques décennies, d’ailleurs il semblerait que le pic de production de phosphate est proche. Une étude relativement récente laisse entendre que celui-ci se produira entre 2030 et 2040 (Cordell et al., 2009), ce qui impliquerait une baisse de la production alimentaire, qui, devrait normalement augmenter pour nourrir les 9 milliards d’habitants sur terre, prévus par les démographes en 2050. Un scénario plus optimiste, présenté par l’IFDC (International Fertilizer Development Center) repousse la disparition du phosphore à 300 ans.
Une diminution des ressources de Pi limiterait la productivité de l’agriculture, et les rendements agricoles chuteraient à un niveau qui ne lui permettra pas de nourrir correctement l’Homme en 2050. Aujourd’hui, les rendements annuels de céréales dans les pays industrialisés dépassent
les cinq tonnes par hectare, alors qu’elle ne dépassait pas une tonne de céréales par hectare avant l’utilisation d’une source externe de phosphate. La production et l’utilisation responsable d’engrais phosphatés dans l’agriculture sont des éléments essentiels dans la sécurité alimentaire mondiale. C’est pour cette raison que nous considérons nécessaire et urgent de transformer les pratiques actuelles étant à l’origine des pertes importantes de phosphate dans l’environnement par le développement de plantes plus économes en terme d’utilisation des engrais phosphatés.
En effet, la redéfinition des paramètres de sélection qui visent à obtenir des variétés présentant une utilisation optimum du Pi absorbé pourrait être une des solutions qui résoudrait ce problème. Ceci permettrait non seulement de réduire le cout de production des plantes d’intérêt agronomique, mais aussi d’être respectueux de cet environnement
Le Pi est un composant essentiel de l’agriculture durable, d’où la nécessité de développer une meilleure compréhension des mécanismes qui régulent l’homéostasie de cet élément chez les plantes. Ceci permettrait de proposer des stratégies qui visent à améliorer l’utilisation efficace du P. Durant ces dernières années, les résultats obtenus par plusieurs laboratoires de recherche ont permis d’avancer nos connaissances sur les mécanismes physiologiques utilisés par les planes pour faire face à une déficience en phosphore. Cependant, au niveau moléculaire, la régulation du transport et de l’accumulation du Pi dans la plante en réponse à une carence en Pi, n’a été étudiée en profondeur que chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Ceci s’explique principalement par la disponibilité des données dès la séquence génomique de cette plante et par les avancées technologiques importantes permettant le développement des outils de biologie moléculaires adaptés pour ce genre d’études. Néanmoins, bien que plusieurs gènes impliqués dans le transport de Pi aient été identifiés, les approches utilisées à nos jours sont loin de nous renseigner sur les réseaux de gènes impliqués dans la régulation de l’homéostasie de Pi en réponses à un stress multi-nutritionnel. Nous avons maintenant des évidences sur l’existence de nombreuses interactions reliant la régulation de l'homéostasie du Pi à celles des autres éléments nutritifs, tel que les métaux essentiels, par exemple, une carence en Zn cause une augmentation de l’accumulation de Pi dans la plante, par contre, un excès de Zn provoque une réduction de l’accumulation de cet élément. Donc, il existe, évidemment, un lien entre l’homéostasie de ces deux éléments.
Malgré l’importance de ces interactions entre éléments en agronomie, les bases moléculaires ainsi que leur signification biologique demeurent peu connues. Pour cela, nous considérons que la recherche dans la compréhension des bases ainsi que les acteurs
moléculaires mis en jeu au niveau de l’interaction (Pi/Zn) pour réguler l'homéostasie du Pi dans la plante, constitue une nouvelle frontière dans ce domaine scientifique et tend à l’ouverture de nouvelles perspectives qui pourraient améliorer la nutrition phosphatée rien qu’en manipulant la signalisation de la carence en Zn chez les plantes.
Dans ce contexte, s’intègre le travail de ma thèse qui a été un terrain ayant permis de combiner des approches de physiologie végétale, de biologie moléculaire, de génétique d’association (GWAS), et de biologie des systèmes pour identifier les bases moléculaires impliquées dans l’interaction entre les voies de signalisation du P et celles du Zn chez les plantes. Comme c’est détaillé ci-après, mon travail de thèse est dicté par la volonté de conduire une recherche fondamentale de haut niveau sur la compréhension des mécanismes de régulation de l’homéostasie du Pi, et aussi envisager ensuite l’application sur des plantes d’intérêt agronomiques (exemple blé).