Grand espoir pour le maïs court
Les plantes sélectionnées ou génétiquement modifiées pour être de petite taille peuvent mieux résister aux tempêtes de vent. Elles pourraient également augmenter les rendements et bénéficier de l’environnement.
Le 10 août 2020, une tempête de vent record a balayé les champs de maïs aux États-Unis. Des rafales allant jusqu’à 225 kilomètres par heure ont aplati les champs et les bâtiments, causant des pertes estimées à environ 12 milliards de dollars dans plusieurs États. “C’était dévastateur”, Un biologiste des cultures chez Bayer se souvient avoir conduit à côté de maisons détruites et de silos dévastés. Environ 16 % des cultures de maïs et de soja de l’Iowa ont été endommagées ou détruites. “Le maïs était cassé et brisé à perte de vue.”
Au milieu de la destruction, cependant, on a vu des lueurs d’espoir. Lorsque d’autres chercheurs ont visité des champs de maïs expérimentaux développés par Bayer, ils ont constaté que la plupart des plantes avaient résisté à la force de la tempête et étaient restées debout. La source de leur force ? Elles étaient simplement plus courtes.
Pour un voyageur sur l’autoroute ou toute personne perdue dans un labyrinthe de maïs, la caractéristique la plus impressionnante du maïs est sa stature. Le maïs moderne peut atteindre deux fois la taille d’une personne, mais la hauteur présente des inconvénients, rendant les plantes vulnérables au vent et plus difficiles à entretenir pour les agriculteurs. Les scientifiques des plantes pensent que le maïs peut être amélioré en le rendant plus court, et les principales entreprises semencières le font à la fois par sélection classique et par génie génétique. Bayer a lancé une variété courte au Mexique, une autre entreprise vend ses versions aux États-Unis, et d’autres s’impliquent davantage.
Une équipe de chercheurs affirme que le maïs court pourrait être une aubaine pour les agriculteurs. “C’est une idée depuis longtemps nécessaire”, déclare un sélectionneur de maïs et généticien à l’Université du Minnesota, qui se sent très enthousiaste. En plus de renforcer la résistance au vent, la stature courte permettra aux agriculteurs de conduire leurs tracteurs plus longtemps dans leurs champs pendant l’été pour ajouter des engrais ou des fongicides en fin de saison afin de stimuler la récolte. Toute entreprise qui saura utiliser le maïs court dans son exploitation verra les nouvelles cultures augmenter leur rendement encore davantage, car elle peut être plantée plus densément. Bayer termine actuellement sa dernière série d’essais aux États-Unis, qui ont eu lieu cet été sur 12 000 hectares dans l’Iowa et trois États voisins.
La société prévoit de commencer à vendre des semences aux agriculteurs américains l’année prochaine, et au moins une autre grande entreprise semencière, Corteva Agriscience, suivra bientôt avec ses propres variétés. Le maïs de Bayer a été sélectionné de manière conventionnelle en pensant à la Ceinture de maïs du Midwest, mais la société a récemment développé une version transgénique qu’elle peut rapidement et efficacement adapter à d’autres régions. En juin, elle a été approuvée par le Département de l’Agriculture des États-Unis (USDA), une étape réglementaire clé. Les nouvelles variétés de maïs s’inscrivent dans une longue tradition d’amélioration des cultures en les réduisant. Dans les années 1950 et 60, les sélectionneurs ont créé des variétés semi-naines de riz et de blé, permettant aux plantes de porter plus de grains sans s’effondrer. Ces variétés à haut rendement ont été essentielles pour la Révolution verte et ont empêché des famines dans le monde en développement. Maintenant que les chercheurs ont reconstitué l’interaction complexe des gènes et des hormones qui contrôlent la croissance du maïs, le moment pourrait être propice pour que le maïs, lui aussi, devienne grand en devenant plus court.
Le maïs (Zea mays) était une plante très différente lorsqu’il a été domestiqué dans le sud du Mexique il y a environ 9000 ans. Comparé au maïs moderne, son parent vivant le plus proche, une herbe sauvage élancée appelée teosinte, a un aspect négligé, avec de multiples tiges et panicules qui mûrissent en de nombreux petits épis avec seulement deux rangées de graines. Dans ce qui serait un cauchemar pour les agriculteurs, les graines de teosinte tombent plutôt que de rester attachées à l’épi pour une récolte facile. Certains des plus anciens épis de maïs découverts par les archéologues sont également petits et fragiles. Mais après des millénaires de sélection par les agriculteurs autochtones, puis par les universités et les entreprises multinationales, le maïs est devenu l’une des cultures alimentaires dominantes dans le monde. Aux États-Unis, il représente environ un tiers des revenus de toutes les cultures, rapportant aux agriculteurs 89 milliards de dollars en 2022.
Avec le succès est venu la stature. Au cours du dernier demi-siècle, à mesure que les sélectionneurs ont opté pour des épis plus gros avec des grains plus nombreux et plus dodus, ils ont fini par choisir de grandes plantes avec de nombreuses feuilles pour la photosynthèse et de hautes tiges. Les plants de maïs modernes peuvent atteindre jusqu’à 4 mètres de hauteur, bien que les variétés dominantes riches en amidon aux États-Unis, dont 88 % sont utilisées pour le bétail et l’éthanol, mesurent entre 2,5 et 3,5 mètres.
Cependant, les grandes plantes ont une faiblesse inhérente. Le poids des épis, généralement situés à plus de la moitié de la tige, rend la plante vulnérable à la rupture ou au renversement lors de vents forts. Rendre le maïs plus court n’est pas le seul remède, note Tony Vyn, agronome à l’Université Purdue. Les sélectionneurs ont également opté pour des tiges plus rigides, ainsi que pour la résistance à la pourriture des tiges, qui rendait les variétés précédentes de maïs plus susceptibles de se casser sous le poids de leurs grains ou de se renverser lors de tempêtes de vent.
Cependant, entre 2001 et 2016, environ 800 000 hectares de champs de maïs ont été endommagés par des vents forts, selon les réclamations d’assurance récolte du gouvernement américain. Ce n’est pas grand-chose comparé aux 38 millions d’hectares endommagés par la sécheresse au cours de la même période, mais c’est suffisant pour que les entreprises le considèrent comme un argument de vente en faveur du maïs court.
/// Des tempêtes et des vents violents ont causé des ravages dans les champs de maïs haut en 2020 ///
Le groupe Bayer a utilisé la sélection conventionnelle pour créer trois variétés hybrides courtes qui ont été testées sur le marché américain cet été et sont actuellement récoltées par environ 300 agriculteurs. Les essais sur le terrain ont démontré une meilleure résistance au vent par rapport au maïs haut, Un scientifique déclare : “Voir le maïs debout pour la première fois m’a donné des frissons.” La tempête de vent de 2020 a fourni un test encore plus exigeant. Par la suite, lui et ses collègues ont analysé 14 champs expérimentaux frappés par des vents violents; en moyenne, 25 % du maïs court a été endommagé par rapport à 50 % du maïs grand, ont-ils rapporté dans la revue Crop Science en août 2022.
Corteva, propriétaire de la célèbre entreprise semencière Pioneer Hi-Bred International, vise des résultats similaires avec son maïs court sélectionné de manière conventionnelle, qu’elle espère mettre sur le marché dans quelques années. Les chercheurs de Corteva testent la résistance des nouveaux hybrides en les exposant à des rafales allant jusqu’à 160 kilomètres par heure grâce à une machine à vent.
Introduire une “durée de vie” dans une variété existante de maïs prend généralement 5 ans ou plus. Pour accélérer ce processus, Bayer a eu recours au génie génétique. La rapidité est importante car Bayer vend environ 200 variétés de maïs hybride adaptées à diverses conditions, telles que le climat et les menaces de maladies. Créer des versions courtes de toutes ces variétés par sélection conventionnelle et produire suffisamment de semences hybrides à vendre prendrait un temps prohibitif.
Les ingénieurs généticiens de Bayer se sont concentrés sur une hormone de croissance végétale appelée gibbérelline. Au début, l’approche semblait peu prometteuse. Des décennies auparavant, les chercheurs avaient éliminé les gènes qui contrôlent les premières étapes de la synthèse de la gibbérelline, mais le résultat était des plantes avec des fleurs déformées et des épis anormaux. Depuis lors, les scientifiques ont adapté une approche déjà utilisée pour créer des versions plus courtes de tomates, de pommes, de bananes et d’autres cultures. Ils ont trouvé comment supprimer les gènes du maïs qui codent pour des enzymes appelées gibbérelline 20 oxydases, qui apportent les touches biochimiques finales à l’hormone dans des parties spécifiques de la plante. De cette manière, les niveaux de gibbérelline peuvent être réduits dans les tiges, mais pas dans les fleurs, freinant la croissance des plantes sans compromettre leur productivité.
Les premières tentatives ont abouti à des plants de maïs beaucoup trop courts pour être commercialement viables. Mais après des ajustements considérables, l’équipe de chercheurs ont résolu le problème en collaboration avec l’entreprise BASF. Ils ont ajouté de l’ADN codant pour des microARN, de petites molécules capables de supprimer des gènes. Dans ce cas, les cibles étaient deux gènes qui régulent la création de gibbérelline principalement dans les feuilles et les tiges, ce qui a donné des plantes un tiers plus courtes. Pour éviter de réduire également la taille des feuilles, les chercheurs ont livré les allèles mutants avec un interrupteur génétique provenant d’un virus du riz qui est le plus actif dans la tige.
Des études sur le terrain en 2019 et 2020 à deux endroits en Illinois ont confirmé que la manipulation n’affecte pas les épis ; ils pesaient autant que ceux des variétés de maïs grand classiques, ont rapporté Gillespie et ses collègues en mars 2022 dans le Plant Biotechnology Journal. Ce changement réussi de stature en interférant avec la gibbérelline était “le premier du genre dans le maïs”, selon Guri Johal, un généticien du maïs à Purdue qui a découvert une mutation, appelée D16, avec un effet similaire
Plus courts mais plus robustes
Modifier les hormones de croissance par le biais de la sélection ou du génie génétique peut créer des plants de maïs plus courts en réduisant la longueur des segments de tige entre les feuilles. Les plants sont plus robustes car les épis poussent plus près du sol, abaissant le centre de gravité. Les plantes tolèrent également un espacement plus serré, grâce à des feuilles plus dressées. Un panicule plus petit permet à davantage de lumière d’atteindre les feuilles.
Une partie du temps gagné avec le maïs transgénique est perdue en raison d’exigences réglementaires plus strictes. Les entreprises doivent fournir des données de terrain et de laboratoire au Département de l’Agriculture des États-Unis (USDA), qui évalue si les cultures génétiquement modifiées présentent une menace pour l’agriculture, et elles consultent la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis pour des vérifications sur la sécurité alimentaire. Comme la version de Bayer sera associée à un trait transgénique de résistance aux ravageurs (celle de Corteva le sera probablement aussi), l’Agence de Protection de l’Environnement devra également l’évaluer. Les examens peuvent prendre plusieurs années.
Pour accélérer le processus, Bayer et d’autres entreprises travaillent sur un maïs court créé par édition génique, une approche qui peut modifier la gibbérelline sans ajouter de gènes d’autres espèces. Les variétés de maïs créées de cette manière rencontreront moins d’obstacles réglementaires aux États-Unis et dans certains autres pays, mais elles sont encore à plusieurs années de distance.
À Sinaloa, au Mexique, où de magnifiques champs de maïs recouvrent les plaines entre la Sierra Madre et le golfe de Californie, le maïs court a déjà un impact. Les fermes de la région sont parmi les plus productives du Mexique mais ont longtemps souffert de violentes tempêtes de vent persistantes appelées derechos. En 2007, Bayer a commencé à sélectionner des variétés avec une mutation limitant le transport d’une autre hormone de croissance, l’auxine, dans la tige pour élever un maïs court adapté aux agriculteurs de la région. Les plantes résultantes sont environ un tiers plus courtes que la normale et moins susceptibles de tomber ou de se casser lors d’un derecho. (Cette variété, mise sur le marché en 2020 sous le nom de VITALA, n’est pas adaptée à une utilisation aux États-Unis car elle est conçue pour le sol et le climat de Sinaloa, ainsi que pour la durée du jour à cette latitude.)
Lors d’un salon agricole en février à Culiacán, la capitale de Sinaloa, Bayer a mis en avant son maïs court dans de grandes tentes de réception entourées de plants de maïs. Des vendeurs en jeans noirs et chemises blanches de l’entreprise ont promu VITALA comme un ensemble, associé à des conseils agronomiques et des cartes numériques basées sur des images satellites et des flux de données provenant des tracteurs et des moissonneuses-batteuses de haute technologie des agriculteurs. La combinaison de la technologie et de semences améliorées peut augmenter les rendements à 16 tonnes de maïs par hectare, selon Bayer, comparé aux 12 tonnes typiques pour Sinaloa. Bayer prévoit qu’environ 6000 hectares de maïs court VITALA seront plantés à Sinaloa l’année prochaine. Que ce soit par sélection conventionnelle ou par génie génétique, le maïs court présente d’autres avantages, selon Fred Below, physiologiste des cultures à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, qui a reçu un financement de Bayer pour étudier ses nouvelles hybrides. Étant donné que la plante consacre moins de ressources à sa tige, elle peut en rediriger davantage vers les racines, bien que Vyn note que l’ampleur de ce phénomène n’ait pas été entièrement étudiée. Un système racinaire plus développé aiderait les plantes à mieux tolérer la sécheresse et à extraire les engrais du sol.
Les avantages d’être court
Le maïs court peut être planté plus densément, augmentant les rendements par hectare (vue aérienne, en haut), bien que le compromis soit un risque accru en cas de temps sec. Les plantes courtes résistent également mieux aux vents forts. Indépendamment de la densité, les plantes courtes permettent aux agriculteurs d’appliquer de l’engrais ou des fongicides en fin d’été par tracteur plutôt que par avion (en bas), réduisant potentiellement les impacts environnementaux.
Dans les essais en champ aux États-Unis, le maïs court a bénéficié de l’application d’azote plus tard dans la saison, période où il serait plus difficile d’en ajouter au maïs Haut, ont rapporté Vyn, Below et leurs collègues dans la revue Field Crops Research en mai. Cela pourrait avoir des avantages environnementaux. Des scientifiques ont signalé que la qualité de l’eau à proximité des champs agricoles peut s’améliorer de 15 % à 20 % lorsque certains engrais sont appliqués plus tard dans la saison.
C’est à ce moment que les plantes de maïs agrandissent leurs grains et en ont le plus besoin, réduisant l’excès qui peut s’infiltrer dans les eaux souterraines ou s’écouler dans les cours d’eau. L’excès d’azote pollue les eaux souterraines et provoque des proliférations d’algues dans les lacs, même loin du Corn Belt jusqu’au golfe du Mexique. Une meilleure utilisation de l’engrais azoté pourrait s’avérer être le plus grand avantage du maïs court, selon Kendall Lamkey, un sélectionneur de maïs à l’Université d’État de l’Iowa.
Des avantages environnementaux supplémentaires pourraient découler du fait que la stature courte permet aux agriculteurs de pulvériser des fongicides sur des plants de maïs matures depuis des tracteurs plutôt que depuis des avions, ce qui peut entraîner une plus grande dérive loin des champs, exposant potentiellement les personnes et la faune. Bien que des inconvénients puissent encore se manifester, Below se montre optimiste quant au potentiel : “Je suis convaincu que les avantages seront plus importants que les inconvénients.”
Pour les agriculteurs américains, la perspective d’un rendement accru pourrait être la plus grande attraction. Stine Seed, basée dans l’Iowa, vend déjà du maïs court aux États-Unis. Ses variétés ne sont pas plantées à grande échelle, en partie parce que Stine est un producteur relativement petit de semences de maïs. Mais Stine affirme que ses hybrides peuvent dépasser le rendement du maïs grand de jusqu’à 10 % dans des conditions optimales.
Le fondateur Harry Stine a grandi dans une petite ferme de l’Iowa et a commencé à élever du maïs et du soja dans les années 1970. Des entreprises plus importantes comme Monsanto ont concédé sous licence les améliorations qu’il a apportées aux sojas, faisant de Harry Stine une fortune ; maintenant dans la soixantaine, il est le seul milliardaire de l’Iowa.
Dans les premiers jours de l’entreprise, cependant, Stine avait beaucoup moins à dépenser en R&D que les grandes sociétés semencières. Cette réduction des coûts a conduit à une percée non intentionnelle avec le maïs. La pratique standard des essais de sélection consistait à planter le maïs dense, puis à éclaircir les parcelles pour donner aux plantes de l’espace pour pousser. Stine n’avait pas la main-d’œuvre pour faire ce désherbage, il laissait donc toutes les plantes vivre, puis sélectionnait le maïs des parcelles qui se comportaient le mieux.
Au fil des ans, cela a conduit à des hybrides qui étaient environ un tiers plus courts que le maïs conventionnel. Leurs feuilles sont plus inclinées vers le haut, et les panicules sont plus petites, laissant plus de lumière atteindre les feuilles inférieures. De manière cruciale, cela signifie que plus de plantes peuvent être cultivées par hectare, augmentant potentiellement la récolte globale. “Je pense que Harry tient quelque chose”, déclare Lamkey. Sur sa ferme familiale dans le centre-nord de l’Illinois, Darron Judd cultive le maïs court de Stine depuis plusieurs années. Pour obtenir la densité recommandée dans ses champs, il a dû modifier son tracteur pour planter les graines en rangées espacées de 38 centimètres plutôt que les 76 centimètres standard.
Le changement a coûté cher, mais Judd apprécie la robustesse du maïs court. “Il tient juste debout très bien.” Il vise 18 tonnes par hectare. La moyenne de l’Illinois est de 13 tonnes. Pourtant, le président de Stine Seed, Myron Stine, affirme que plusieurs facteurs ont rendu difficile la conquête de nouveaux clients pour le maïs court. Par exemple, les agriculteurs aiment comparer les nouvelles variétés à ce qu’ils ont l’habitude de cultiver, dit-il. S’ils le font en alternant les rangées de maïs court et de maïs grand, l’hybride plus court ne se comportera pas aussi bien car il est ombragé par le maïs plus grand.
Lamkey explique qu’une autre raison pour laquelle de nombreux agriculteurs ont hésité à planter du maïs plus densément est que cela les oblige à parier sur la météo : lors d’une année sèche, des plantes entassées dans un champ alimenté par la pluie peuvent littéralement manquer d’eau. Et Seth Murray, un généticien et sélectionneur de maïs à l’Université A&M du Texas, souligne que les agriculteurs doivent acheter plus de semences pour planter dense, annulant une partie du profit provenant d’un rendement plus élevé. Pour Bayer et Corteva, ces obstacles pourraient s’avérer moins redoutables. Ces deux sociétés représentent 70 % du marché américain des semences de maïs, et elles disposent de plus de ressources pour promouvoir la plantation appropriée de maïs court. En Iowa, du moins, ils s’attendent à trouver un terrain réceptif. Les agriculteurs là-bas sont devenus “hyper focalisés” sur le risque de derechos, dit Lamkey.
Ceux qui se tournent vers le maïs court pour réduire le risque de perte peuvent récolter d’autres avantages, en rendement et en protection de l’environnement. Des décennies après que le blé et le riz ont été transformés dans la Révolution Verte, c’est au tour du maïs.
