United Kingdom
December 11, 2014
Source: British Ecological Society (BES)
The cereal crops that humans rely on today as staple foods result from plant breeding decisions our ancestors made more than 10,000 years ago. Now, a series of intriguing experiments has revealed why those first arable farmers chose to domesticate some cereals and not others. The results – which will be presented at this week's joint BES/SFE conference in Lille – could help today's plant breeders improve tomorrow's crops.
Dr Catherine Preece and colleagues from the University of Sheffield studied cereal crops that originated in the Fertile Crescent, an arc of land in western Asia from the Mediterranean Sea to the Persian Gulf, encompassing the Tigris and the Euphrates.
They grew wild versions of wheat and barley along with other grasses from the region to identify the traits that make some plants suitable for agriculture, including how much edible seed the grasses produced and their architecture.
“Our results surprised us because numerous other grasses that our ancestors ate, but we do not, can produce just as much seed as wild wheat and barley. It is only when these plants are grown at high densities, similar to what we would find in fields, that the advantage of wild wheat and barley is revealed,” says Dr Preece.
The study identified two key characteristics shared by the wild relatives of current crop plants. “Firstly they have bigger seeds, which means they grow into bigger seedlings and are able to get more than their fair share of light and nutrients, and secondly, as adult plants they are less bushy than other grasses and package their big seeds onto fewer stems. This means crop wild relatives perform better than the other wild grasses that they are competing with and are better at growing close together in fields, making them ideal for using in agriculture,” she explains.
The results are important because our expanding human population is putting increasing demands on food production. Before humans learned how to farm, our ancestors ate a much wider variety of grasses. If we can understand what traits have made some grasses into good crops then we can look for those characteristics in other plants and perhaps identify good candidates for future domestication.
According to Dr Preece: “To shape the future we must understand the past, so the more we can discover about the origins of agriculture, the more information we will have to help us tackle the challenges that face modern day food production.”
So far the researchers have been conducting their experiments in greenhouses and their results indicate that the traits affecting how plants compete with each other are crucial factors to determining the success of a crop.
The team now plan to observe how the plants interact in their natural environment by growing them in experimental fields in Turkey, the heart of the Fertile Crescent. They hope that their experiments will yield another crop of important results. “Cereal breeders are taking an increasing interest in modern crops' wild relatives as a source of useful traits that may help to increase yields or increase resilience to climate change, and our work should help in this process.”
Dr Catherine Preece will present the results of this study to the joint BES/SFE meeting on Thursday 11 December 2014 in the Grand Palais, Lille.
Related article: El origen de la Agricultura hace 10.000 años, clave para producir más alimentos (Europa Press)
Nouvelles découvertes sur les origines de l’agriculture dans le Croissant fertile
Les cultures de céréales dont les hommes dépendent aujourd’hui résultent de la sélection de plantes menée par nos ancêtres il y a plus de 10000 ans. Une série d’expérimentations a révélé les raisons pour lesquelles les premiers agriculteurs ont choisi de domestiquer certaines céréales plutôt que d’autres. Les résultats – qui seront présentés au colloque de la BES/SFE cette semaine à Lille – pourraient aider les sélectionneurs à améliorer les cultures de demain.
Catherine Preece et ses collègues de l’Université de Sheffield ont étudié les cultures de céréales originaires du Croissant fertile, un arc situé en Asie de l’ouest, qui va de la Mer Méditerranée au Golfe Persique en passant par le Tigre et l’Euphrate.
Ils ont fait pousser du blé et de l’orge sauvages ainsi que d’autres graminées de cette région et mesuré leurs caractéristiques, en particulier celles qui font qu’une espèce est propice à l’agriculture comme la quantité de graines comestibles produites et leur architecture.
« Nos résultats nous ont surpris car de nombreuses graminées que nos ancêtres consommaient, mais que nous ne consommons pas, peuvent produire autant de graines que le blé et l’orge sauvages. C’est seulement lorsque ces plantes sont cultivées à très forte densité, comme ce que l’on peut observer dans les parcelles aujourd’hui, que l’avantage du blé et de l’orge sauvages se révèle » dit Catherine Preece.
L’étude a permis d’identifier deux caractéristiques clé partagées par l’ensemble des plantes sauvages apparentées aux plantes cultivées d’aujourd’hui. « Premièrement, elles ont des graines plus grosses, ce qui implique qu’elles développent des plantules plus grosses et accèdent à davantage de ressources comme la lumière et les nutriments. Deuxièmement, leur forme adulte est moins dense que celle des autres graminées et concentre les graines sur un petit nombre de tiges. Ceci veut dire que les plantes sauvages apparentées aux plantes cultivées d’aujourd’hui sont plus compétitives que les autres graminées sauvages et mieux adaptées à la culture à forte densité, faisant d’elles des candidates idéales pour l’agriculture, » explique-t-elle.
Ces résultats sont importants car la demande alimentaire est en constante augmentation du fait de l’expansion de la population humaine. Avant que les humains n’apprennent l’agriculture, nos ancêtres consommaient une variété de graminées bien plus importante qu’aujourd’hui. Si nous pouvons comprendre quelles sont les caractéristiques qui font que certaines plantes deviennent de bonnes cultures, nous pourrons alors chercher ces caractéristiques dans d’autres plantes et peut-être identifier de bonnes candidates pour créer de nouvelles cultures.
D’après Catherine Preece: « Pour forger notre futur, nous devons comprendre le passé, mieux nous connaissons les origines de l’agriculture, plus nous aurons d’information pour nous aider à faire face aux enjeux actuels de la production alimentaire. »
Jusqu'à présent, les chercheurs ont mené leurs expériences dans des serres et leurs résultats indiquent que les traits qui affectent la façon dont les plantes sont en concurrence avec les autres sont des facteurs cruciaux pour déterminer le succès d'une culture.
L'équipe envisage maintenant d'observer comment les plantes interagissent dans leur environnement naturel en les cultivant dans des champs expérimentaux en Turquie, le cœur du Croissant fertile. Ils espèrent que leurs expériences donneront une nouvelle série de résultats importants. « Les sélectionneur de céréales montrent un intérêt croissant pour les plantes sauvages apparentées aux plantes cultivées en tant que source d’information utile sur les caractéristiques qui peuvent aider à augmenter les rendements ou accroître la résilience des cultures au changement climatique, et notre travail contribuera certainement à ce processus. »
Catherine Preece présentera les résultats de cette étude au colloque BES/SFE le jeudi 11 Décembre 2014 au Grand Palais de Lille.
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