Les biologistes du RIKEN ont trouvé un moyen efficace d’introduire en contrebande du matériel génétique dans les générateurs d’énergie des cellules végétales, ouvrant ainsi la possibilité d’amener les plantes à produire des composés commercialement utiles. Leurs recherches apparaissent dans Communication Nature.
Alors que la population mondiale devrait atteindre près de 10 milliards de personnes en 2050, la capacité de bricoler la génétique des plantes pour stimuler la production alimentaire sera vitale pour nourrir le monde.
Les plantes devraient également devenir des bio-usines pour produire des produits chimiques utiles tels que des médicaments et des carburants. « Ils peuvent être conçus pour produire d’autres produits que la nourriture, tels que divers produits chimiques, produits pharmaceutiques et protéines recombinantes », explique Simon Law du RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS). « Le fait que vous puissiez utiliser des plantes pour fabriquer beaucoup de choses différentes fait de la biotechnologie un domaine si prometteur. »
Une façon de « reprogrammer » les plantes consiste à importer du matériel génétique dans leurs cellules, mais cela est difficile en raison de l’épaisseur de la paroi cellulaire qui bloque de nombreuses biomolécules.
Les nanotubes de carbone – des tubes enroulés de graphène d’un diamètre d’environ un nanomètre – sont suffisamment minces pour se glisser à travers la paroi cellulaire. Mais une fois à l’intérieur de la cellule végétale, les nanotubes de carbone ne sont pas très efficaces pour cibler les mitochondries, un organite clé responsable de la production d’énergie et de la fabrication et de la décomposition de divers composés.
« Il est difficile de faire passer des choses à travers la paroi cellulaire, la membrane cellulaire, puis les membranes des mitochondries et cela n’avait pas été réalisé avec une grande efficacité auparavant », note Law.
Maintenant, Law, Keiji Numata, également du CSRS, et leurs collègues ont utilisé des nanotubes de carbone pour envoyer des fragments d’ADN dans les mitochondries végétales avec une grande efficacité. Ils y sont parvenus en revêtant d’abord les nanotubes de carbone d’une couche de polymère permettant la conjugaison de courtes chaînes d’acides aminés appelées peptides. Les peptides ont permis aux nanotubes de carbone de cibler les mitochondries.
En conjuguant les peptides sur des nanotubes de carbone, l’équipe a amélioré de 30 fois l’efficacité du transfert d’ADN vers les mitochondries par rapport aux tentatives précédentes qui n’utilisaient que des peptides.
« La première fois que j’ai mené l’expérience, j’ai douté des résultats car ils semblaient trop élevés pour être raisonnables », se souvient Law. « Mais je suis devenu plus confiant après l’avoir répété plusieurs fois et obtenu des résultats similaires. »
Les chercheurs ont démontré l’utilité de leur méthode en l’utilisant pour importer un gène qui augmentait le taux de croissance des plantes. D’autres utilisations potentielles incluent l’accélération des programmes de sélection et la modification des voies métaboliques afin qu’ils produisent des produits chimiques commercialement utiles. De plus, en faisant varier les peptides enrobés sur les nanotubes, il devrait être possible de cibler d’autres organites dans les cellules végétales.
Plus d’information:
Simon Sau Yin Law et al, hybrides de nanotubes de carbone recouverts de polymère avec des peptides fonctionnels pour la délivrance de gènes dans les mitochondries végétales, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-30185-y