Vers l’amélioration de la production de blé grâce à CRISPR/Cas9

Déchiffrer le génome d’une plante, étudier son métabolisme en « éteignant » un à un des gènes précis avec CRISPR/Cas9 et construire sur cette base des plantes plus performantes offre des perspectives d’amélioration importantes.

Par André Heitz.

Une équipe de chercheurs de l’Université Purdue et de l’Académie des Sciences de la Chine a publié le 21 mai 2018 un article au titre aride, « Mutations in a subfamily of abscisic acid receptor genes promote rice growth and productivity » (des mutations dans une sous-famille de gènes de récepteurs de l’acide abscissique promeuvent la croissance et la productivité du riz), dans PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

L’équipe menée par Jian-Kang Zhu, professeur à Purdue et directeur du Centre de Shanghai pour la Biologie du Stress chez les Plantes, a utilisé la technologie d’édition des gènes CRISPR/Cas9 pour introduire des mutations dans 13 gènes associés à une phytohormone, l’acide abscissique, connue pour jouer un rôle dans la tolérance des plantes au stress et l’inhibition de la croissance.

Rappelons que CRISPR/Cas9 est une technologie dont la mise au point doit beaucoup à l’Américaine Jennifer Doudna et la Française Emmanuelle Charpentier (expatriée… l’atmosphère n’étant pas propice à cette forme de recherche en France). Elle permet notamment d’introduire une mutation ponctuelle, ciblée, dans un gène.

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De telles mutations se produisent naturellement. Elles ont sans nul doute contribué, au fil du temps, à transformer des plantes sauvages pour donner les plantes cultivées que nous connaissons aujourd’hui. Un exemple particulier est le maïs, ce « monstre » botanique issu de l’humble téosinte et qui ne survit que grâce à l’Homme.

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Mais la probabilité que se produisent, simultanément ou dans un court laps de temps, les mutations de l’équipe sino-américaine est infime, voire nulle. Les riz obtenus par l’équipe représentent donc un paradoxe : ils sont conformes à ce que la nature peut produire en théorie, mais en pratique c’est virtuellement impossible.

Les ennemis du progrès

C’est un paradoxe qui obscurcit le débat sur la génétique moderne en Europe, et particulièrement en France : l’activisme anti-progrès refuse le côté « identique aux mutations naturelles » (même les mutations induites, pratiquées depuis quelque 80 ans, sont maintenant contestées) et veut priver la société des outils qui permettent de surmonter l’impossibilité pratique.

De même, on peut en théorie obtenir ces riz par sélection « classique », toutefois assistée par les outils modernes de la génomique qui permettent de « lire » et décrypter les gènes : il « suffit » – c’est un bien grand mot en l’occurrence – de cribler les riz pour trouver ceux qui comportent les mutations désirées, puis de les croiser pour en obtenir un qui les comporte toutes. La tâche est colossale, virtuellement impossible.

CRISPR/Cas9 permet de faire tout cela au laboratoire. Il « suffit » alors – ici, c’est un mot qui convient parfaitement – de tester les riz sur le terrain pour voir ce que cela donne.

Et justement… l’équipe sino-américaine a trouvé une variété de riz dont la tolérance au stress n’était guère modifiée, mais dont le rendement a été augmenté de 25 % dans un essai à Shanghai et 31 % dans l’île de Hainan.

L’équipe a « éteint » – réduit au silence ou « désactivé » – des suites de gènes qui augmentent la tolérance aux stress abiotiques comme la sécheresse et la salinité du sol. Seriez-vous inquiets par le mot « éteint » ? Les personnes du groupe sanguin O- ont deux gènes « éteints » – ceux qui produisent chez les autres les antigènes A ou B, et le facteur Rhésus +.

Le caractère remarquable des travaux de l’équipe de Jian-Kang Zhu tient au fait que les plantes ont développé des redondances, particulièrement pour les caractères liés à la survie. Éteindre un gène de la famille PYL n’a donc que peu d’effets sur la tolérance au stress ou la croissance, les gènes restants prenant le relais. Mais l’équipe a trouvé une bonne combinaison de gènes réduits au silence qui garantit une bonne tolérance à la plante mais réduit l’inhibition de la croissance.

Faisons une petite digression pour souligner l’intérêt des nouvelles techniques pour les consommateurs : Francisco Barro, biologiste végétal à l’Institut pour l’Agriculture Durable de Cordoue, en Espagne, et son équipe, utilisent CRISPR pour éliminer les gènes du blé responsables des gliadines, la partie du gluten la plus impliquée dans la maladie cœliaque chez les personnes sensibles. Il y a 45 copies du gène qui cause des problèmes dans le blé ; jusqu’à présent, l’équipe de Barro en a éliminé 35. C’est là une illustration du potentiel des nouvelles techniques d’édition des gènes au service des consommateurs : un jour – que nous espérons proche – les personnes atteintes par la maladie cœliaque pourront retrouver le goût du vrai pain de blé.

Mais retour au riz. Les chercheurs vont maintenant éditer la même combinaison prometteuse de gènes dans des variétés d’usage courant pour voir si, après transformation, elles présentent la même combinaison de résistance au stress préservée et de rendement amélioré.

C’est ainsi que fonctionnent la science et la technologie – suivies du développement économique et social. Imaginez l’impact social et économique des nouvelles variétés, particulièrement dans les pays dont le riz est l’aliment de base : une nouvelle Révolution Verte.

Il ne faut bien sûr pas – encore – rêver. Même si le succès n’est pas au rendez-vous, l’équipe sino-américaine aura fait progresser la science, les connaissances, et suscité d’autres recherches.

Quant à nous, en Europe, nous regardons passer ce train. Nos politiques tergiversent sur la question de savoir s’ils vont réglementer les plantes issues des nouvelles techniques d’édition des gènes comme des OGM – ce qui les condamne irrémédiablement à l’inexistence (sauf du fait des importations) – ou s’ils vont prendre leur courage à deux mains et faire face à l’activisme et l’idéologie des « OGM cachés ».

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