A part les agronomes, qui connait les téosintes ? Certainement peu d’entre nous. Pourtant ces plantes sont les espèces sauvages les plus proches de la céréale la plus cultivée au monde, le maïs. D’où l’idée de chercheurs de l’UMR DIADE et leurs collaborateurs d’utiliser ces « cousines » très présentes au Mexique - berceau du maïs - pour étudier les mécanismes d’adaptation à leur environnement et aux variations climatiques à venir.

En cherchant à comprendre comment les espèces proches du maïs s’adaptent aux conditions climatiques, des scientifiques mexicains et européens ont eu des surprises…. A la fois en terme de génétique, d’écologie ou de dynamique des populations. S’il a fallu au maïs cinq siècles pour s’acclimater en Europe, ses cousines se sont adaptées en moins de 50 ans !

Le maïs est une des principales ressources alimentaires dans le Sertao au Brésil

© IRD - Laure Emperaire

Des tropiques à l’Europe, le voyage du maïs

S’il y avait un podium en matière de volume de céréales produites, le maïs serait sur la première marche, le riz arriverait en second et le blé en troisième. Cette ressource alimentaire qui fait désormais partie de nos paysages agricoles est une graminée d’origine tropicale. Les archéologues attestent que le maïs - Zea mays ssp mays - était déjà cultivé il y a 9000 ans au Mexique. Cette plante avait une place centrale dans la vie des peuples de toute l’Amérique centrale et c’est d’ailleurs encore le cas de nos jours. Apporté en Europe par Christophe Colomb au 15ème siècle, le maïs a d’abord été planté en Espagne et au Portugal puis dans le sud de la France où il était bien implanté dès le 17-18ème siècle. Les variétés de maïs importées des Caraïbes ont été cultivées en Espagne, celles originaires de l’Amérique du Nord ont été cultivées en France et en Allemagne.

L'apomixie du maïs au Mexique

© IRD - Daniel Grimanelli

Un modèle en habitat naturel

Pour autant, l’ancêtre du maïs cultivé a longtemps été un grand mystère et sujet de nombreux débats scientifiques. Les scientifiques se sont donc intéressés à ses cousines sauvages, les téosintes, lesquelles sont aujourd’hui acceptées comme les plantes à partir desquelles le maïs a été domestiqué. Leur morphologie donne une idée de ce à quoi devait ressembler le maïs archaïque avant qu’il ne soit domestiqué et sélectionné par les populations Mayas : plusieurs tiges, de nombreux épis de petite taille, portant peu de grains. Ces téosintes présentent une grande diversité et une adaptation à des climats très variés, allant des zones tropicales de basse altitude au Mexique jusqu’à 3000 m. « Pour anticiper la réponse du maïs cultivé aux climats futurs, explique Yves Vigouroux, généticien à l’UMR DIADE, nous avons profité du fait que les effets de l’altitude miment des conditions climatiques différentes ». Avec des collègues mexicains et en collaboration avec le CNRS, il a suivi des populations naturelles de téosintes de deux sous-espèces [Zea mays ssp Parviglumis et Zea mays ssp Mexicana] le long de gradients altitudinaux sur les reliefs de Mexico. La téosinte Mexicana est rencontrée plutôt proche des zones cultivées dans les hautes altitudes tandis que la téosinte Parviglumis est davantage présente aux basses altitudes et en situation isolée. Malgré ces préférences écologiques, il y a un chevauchement de leurs habitats vers 1600 m. « Pour évaluer l’impact de l’altitude, nous avons observé 18 caractères morphologiques et étudié des variants génétiques associés à l’adaptation sur 1664 individus dans 11 populations différentes » poursuit Yves Vigouroux. Les résultats surprennent les scientifiques : un très grand nombre de caractères morphologiques - 10 sur les 18 étudiés -sont influencés par altitude 10 des 18 caractères morphologiques sont influencés par altitude, ce qui est beaucoup. Aux plus hautes altitudes, sous l’effet des températures plus froides, la floraison est plus précoce, il y a moins de tiges, les feuilles sont plus pigmentées et les épis sont à grains plus gros et plus lourds. Ces variations du phénotype traduisent entre autres un rééquilibrage entre pousse végétative et production de grains. Le fait de savoir que l’adaptation des téosintes à l’altitude repose sur de nombreux caractères simultanément apporte des clés pour anticiper les effets du changement climatique sur le maïs cultivé et l’aider à s’adapter sans perte de production.

Indien mixtèque retournant la terre à l'araire au Mexique

© IRD - Esther Katz

Le revers de la médaille

Les facultés d’adaptation des téosintes leur permettent aussi de coloniser de nouveaux environnements : ces plantes tropicales introduites dans les trente dernières années en Espagne et en France se sont tout à fait accommodées aux climats tempérés. Elles sont maintenant considérées comme invasives. Une explication de cette adaptation ultra rapide est à chercher du côté de leur facilité à échanger des gènes avec le maïs du fait de leur proximité génétique. En se croisant avec lui, les téosintes introduites du Mexique ont « récupéré » des gènes responsables de l’adaptation à la saisonnalité européenne. Les scientifiques ont découvert quelque chose de plus préoccupant encore : les téosintes ont aussi récupéré au passage des gènes de résistance aux herbicides. « Tout est en place pour que ces plantes deviennent envahissantes » conclut Yves Vigouroux.
 

Publications :

Fustier MA,  Martinez-Ainsworth NE,  Aguirre-Liguori JA, Venon A, Corti H, Rousselet A , Dumas F, Dittberner H, Camarena MG,  Grimanelli D,  Ovaskainen O, Falque M,  Moreau L , de Meaux J,  Montes-Hernandez S, Eguiarte LE, Vigouroux Y, Manicacci D, Tenaillon M. 2019. Common gardens in teosintes reveal the establishment of a syndrome of adaptation to altitude. PLoS Genet. 15, e1008512  https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008512

Le Corre V, Siol M, Vigouroux V, Tenaillon MI, Délye C. 2020. Adaptive introgression from maize has facilitated the establishment of teosinte as a noxious weed in Europe. PNAS. In press. 

 

En savoir plus :

Contact science : Yves Vigouroux, IRD, UMR DIADE, Yves.Vigouroux@ird.fr


Contact communication : Fabienne Doumenge, Julie Sansoulet communication.occitanie@ird.fr