Une combinaison de méthodes anciennes et de technologies modernes pour obtenir de nouvelles variétés de plantes
Des chercheurs de l'Institut Max Planck pour la physiologie moléculaire des plantes ont réussi à produire des plantes génétiquement modifiées stables, impossibles à distinguer des plantes cultivées de manière classique ou des mutations naturelles, grâce à une combinaison astucieuse qu'ils ont développée entre l'amélioration classique des plantes et la biologie moléculaire ultramoderne. Cette méthode nouvellement développée permet en outre de cultiver plus rapidement des plantes présentant les caractéristiques souhaitées et peut être utilisée pour un grand nombre de plantes pour lesquelles l'édition de gènes ne pouvait pas être utilisée jusqu'à présent. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue spécialisée Nature Biotechnology.
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Le développement de nouvelles variétés de plantes destinées à l'alimentation, à la production d'énergie et à la fourniture de matières premières pour l'industrie est un domaine de recherche et de développement important compte tenu de l'évolution des conditions climatiques et de la nécessité d'accélérer l'abandon des ressources fossiles qui en découle. Dans la sélection végétale classique, les plantes doivent être sélectionnées, croisées, multipliées et étudiées pendant de nombreuses générations jusqu'à ce qu'une nouvelle variété possédant les caractéristiques souhaitées soit créée.
Les méthodes modernes de génie génétique peuvent accélérer énormément ce processus. La découverte des ciseaux génétiques CRISPR/Cas permet désormais de modifier rapidement et de manière ciblée les gènes des plantes afin de produire des plantes possédant les caractéristiques souhaitées. Bien que la culture avec CRISPR/Cas prenne moins de temps que les méthodes de culture classiques, il faut encore un certain temps avant que les plantes ne soient prêtes à être commercialisées, car l'ADN (étranger) CRISPR/Cas introduit auparavant doit être retiré de la plante, car il pourrait sinon perturber la stabilité génétique des plantes à long terme.
Le Dr Lei Yang et le Dr Frank Machin ont développé, en collaboration avec d'autres collègues du groupe de travail du Dr Friedrich Kragler à l'Institut Max Plank de physiologie moléculaire des plantes à Potsdam, dans le cadre d'un projet financé par le BMF et l'ERC, une nouvelle méthode qui permet de renoncer à un croisement inverse fastidieux. Dès la première génération, cette méthode permet de produire des semences génétiquement modifiées qui ne contiennent plus aucun ADN étranger et qui ne peuvent pas être distinguées des plantes cultivées de manière traditionnelle ou naturelle.
Bases de la nouvelle méthode
Dans le noyau de chaque cellule, toutes les informations dont une plante a besoin pour vivre et croître sont stockées sous forme d'ADN. Les plans de construction des protéines, les acteurs pratiques qui effectuent tous les travaux dans la cellule et qui déterminent essentiellement les propriétés d'un organisme, sont codés dans l'ADN. Comme l'information génétique est très précieuse, elle ne doit en aucun cas être endommagée et reste donc toujours dans le noyau cellulaire. La transformation de l'ADN en protéines a toutefois lieu dans le cytoplasme cellulaire. Pour ce faire, des parties de l'ADN sont traduites en une forme de transport à courte durée de vie, appelée ARN messager ou en anglais Messenger-RNA (mRNA). Ce processus s'appelle la transcription.
Le Dr Kragler explique : "Les ciseaux génétiques CRISPR/Cas sont eux-mêmes introduits dans l'ADN végétal dans le noyau cellulaire sous forme de séquence d'ADN et se composent de deux éléments. D'une part, le "guide", qui possède une séquence de bases correspondant à la séquence de bases à l'endroit précis de l'ADN végétal qui doit être modifié ultérieurement par les ciseaux génétiques. D'autre part, de la séquence pour les ciseaux génétiques eux-mêmes, la protéine CAS9, qui est en mesure de couper l'ADN végétal. Grâce à la technologie CRISPR/Cas, il est ainsi possible de déclencher des modifications de l'ADN de la plante à un endroit bien défini. Mais une fois la modification souhaitée obtenue, les procédés actuels nécessitent encore d'éliminer la séquence d'ADN des ciseaux génétiques eux-mêmes des noyaux cellulaires de la plante par des croisements inversés coûteux".
Utilisation d'une nouvelle technique à l'aide d'une ancienne méthode
Le clou de l'histoire est qu'une technique vieille de plus de 2000 ans, le greffage - normalement utilisé pour greffer des arbres fruitiers et des vignes - peut être utilisée pour produire immédiatement des plantes et des graines qui possèdent certes les nouvelles propriétés, mais ne contiennent pas d'ADN étranger.
Pour y parvenir, les chercheurs* ont coupé la tige d'une plante dont les noyaux cellulaires contiennent l'ADN des ciseaux génétiques au-dessus du rhizome et y ont greffé la pousse d'une plante réceptrice non modifiée génétiquement. Comme le groupe de travail de Friedrich Kragler l'avait déjà découvert dans des travaux précédents, les ARNm de rhizome ayant certaines propriétés peuvent être transportés jusqu'au tissu floral. Les chercheurs ont donc adapté la séquence d'ADN des ciseaux génétiques de manière à ce que les copies d'ARNm soient envoyées du rhizome vers les parties aériennes non génétiquement modifiées. Là, la protéine des ciseaux génétiques est également produite dans les fleurs de la plante à partir de l'ARNm, ce qui provoque les modifications correspondantes dans les cellules végétales. Une partie des graines issues de ces fleurs porte alors déjà la modification génétique souhaitée à la génération suivante. Elles sont toutefois exemptes de tout ADN étranger et ne peuvent pas être distinguées des variantes apparues naturellement.
De nombreuses plantes cultivées sont difficiles ou impossibles à croiser, ou ont des temps de génération très longs, comme les arbres fruitiers par exemple. Si l'on voulait récupérer l'ADN étranger par croisement, cela prendrait de nombreuses années. Dans ce cas, l'approche de l'amélioration génétique pourrait ouvrir aux cultivateurs de nouvelles possibilités qui étaient jusqu'à présent interdites dans ce domaine. Mais le Dr Kragler voit encore de toutes autres possibilités d'utilisation de cette nouvelle technique, car de nombreuses plantes cultivées ne sont pas ou difficilement accessibles aux ciseaux génétiques CRISPR/Cas9 : "Jusqu'à présent, les méthodes de génie génétique ciblées ne sont établies que pour quelques plantes très bien étudiées, comme le tabac ou l'épeire des champs. Mais comme le greffage fonctionne souvent entre de nombreuses espèces pas du tout proches et qu'il est facile de multiplier les rhizomes, on peut imaginer qu'un rhizome puisse être utilisé plusieurs fois pour doter de manière ciblée des plantes de différentes espèces ou variétés de culture de nouvelles propriétés souhaitées". Cette combinaison de l'ancienne méthode et de la biologie moléculaire moderne pourrait donc permettre à l'avenir de créer de nouvelles variétés rapidement et à moindre coût.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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