Une expérience centenaire assure l'avenir de la bière et du whisky
Les connaissances génétiques pourraient aider les céréales à résister au changement climatique
Grâce à une expérience commencée avant la Grande Dépression, des chercheurs ont identifié les gènes à l'origine de la remarquable capacité d'adaptation de l'orge, un ingrédient clé de la bière et du whisky. Ces découvertes pourraient assurer la survie de cette culture dans un contexte de changement climatique rapide.
Cultivée partout, de l'Asie à l'Égypte en passant par la Norvège et les Andes d'Amérique du Sud, l'orge est l'une des céréales les plus importantes au monde, et ce depuis au moins 12 000 ans. Au fur et à mesure de sa propagation à travers le monde, des modifications aléatoires de son ADN lui ont permis de survivre dans chaque nouvel endroit.
Il est essentiel d'identifier les gènes qui ont changé afin de prédire quelles variétés prospéreront dans les régions qui luttent actuellement contre des températures de plus en plus chaudes, des périodes de sécheresse plus longues et des tempêtes plus violentes.
"Les sélectionneurs ont depuis longtemps compris la nécessité de développer des cultures bien adaptées à leur environnement local. Il y a un siècle, ils ont donc lancé cette expérience à Davis, en Californie, avec des variétés d'orge du monde entier, dans le but d'identifier des variétés adaptées à l'environnement local", explique Dan Koenig, généticien à l'université de Riverside.
"Les scientifiques qui ont lancé cette expérience n'avaient pas la possibilité de déterminer avec précision les gènes qui permettent à l'orge de réussir et d'avoir un rendement élevé dans un environnement donné, mais nous pouvons aujourd'hui étudier des dizaines de millions de changements génétiques dans le cadre d'une seule expérience dans mon laboratoire", a déclaré Dan Koenig.
Des dizaines de gènes qui contribuent à l'adaptabilité de l'orge sont décrits dans une nouvelle étude publiée dans la revue Science. Koenig, qui est l'auteur correspondant de l'étude, explique que certains des gènes identifiés aident l'orge à programmer ses processus de reproduction aux moments les plus optimaux de la saison de reproduction.
"Une floraison trop précoce ou trop tardive signifie que la plante ne pourra pas produire de graines", explique Koenig. "Pour que les cultures produisent le maximum de graines, elles doivent fleurir dans une fenêtre très étroite.
En Californie, les cultures doivent finir de fleurir avant le début de la longue saison sèche, sinon il n'y aura pas assez d'eau pour produire des graines. Mais si les plantes fleurissent trop tôt, elles risquent d'être exposées au gel. Les chercheurs ont identifié comment la génétique permet de fleurir exactement au bon moment, plusieurs gènes favorisant la floraison précoce et d'autres réduisant la floraison tardive.
L'identification de ces gènes n'a pas été facile. "L'un des défis que pose la compréhension des adaptations génétiques est que leur observation peut prendre des décennies, car on ne peut cultiver qu'une génération d'orge par an", a déclaré Koenig.
Heureusement, Koenig et ses collègues ont accès à l'expérience Barley Composite Cross II, fondée à Davis, en Californie, en 1929 ¾ l'une des plus anciennes expériences biologiques au monde. Elle a été lancée pour découvrir de nouvelles variétés d'orge pour le marché californien. Les sélectionneurs ont mis en concurrence des milliers de types d'orge génétiquement distincts pendant des décennies à Davis. L'orge qui poussait le mieux dans le climat chaud et sec de la Californie l'emportait sur ses voisines et devenait de plus en plus fréquente au fil du temps.
Le groupe de Koenig a réalisé que les semences de cette expérience pouvaient être utilisées comme une machine à remonter le temps afin d'observer directement le processus d'adaptation et d'identifier les gènes permettant la survie.
Au cours de ces 58 saisons de croissance, le champ est passé de 15 000 plantes individuelles génétiquement distinctes à une lignée végétale unique dominant 60 % de la population ¾ sans aucune sélection de la part de l'homme.
"Nous avons été choqués par l'ampleur des changements survenus au cours d'une courte période de l'évolution", a déclaré Koenig. "La sélection naturelle a complètement remodelé la diversité génétique sur l'ensemble du génome au cours de la seule vie d'un être humain.
L'équipe de recherche prévoit d'autres études pour examiner des données expérimentales à long terme provenant de différents climats, afin de comprendre comment le moment de la floraison peut être réglé différemment.
L'équipe aimerait également mieux comprendre une chose curieuse qu'elle a observée. Lors de l'expérience menée à Davis, la population de plantes contenait des variétés provenant de nombreux endroits. En s'adaptant à la Californie du Nord, les plantes ont naturellement doublé leur rendement. Toutefois, cette augmentation reste inférieure à ce que les sélectionneurs obtiennent avec une stratégie de sélection manuelle.
"Le rendement peut être en concurrence avec d'autres caractéristiques, telles que la rapidité de croissance ou la taille", explique M. Koenig. "Les cultivateurs veulent des plantes qui soient des voisins sympathiques, mais le fait d'être sympathique peut limiter l'adaptation à l'environnement.
L'orge étant génétiquement similaire au blé, au riz et au maïs, les connaissances sur la manière dont elle survit dans des environnements aussi divers pourraient être utilisées pour aider ces autres céréales à s'adapter aux extrêmes climatiques.
À l'aide de technologies modernes telles que l'ingénierie du génome et CRISPR, les chercheurs pourraient essayer de concevoir d'autres cultures qui fleurissent à des moments spécifiques et plus avantageux.
"La capacité d'adaptation de l'orge a servi de pierre angulaire au développement de la civilisation. Il est important de la comprendre, non seulement pour continuer à produire des boissons alcoolisées, mais aussi pour développer les cultures du futur et améliorer leur capacité à s'adapter à l'évolution du monde", a déclaré M. Koenig.
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 Anglais peut être trouvé ici.
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