Le travail de détective génomique a rapproché les chercheurs du secret de comment et pourquoi la gesse produit sa toxine notoire, ouvrant la voie à cette culture ancienne et résistante au climat pour devenir un aliment du futur.
À l’aide d’une séquence génomique nouvellement disponible de la gesse (Lathyrus sativus L.), une collaboration de recherche dirigée par le John Innes Center a identifié les étapes biochimiques clés qui conduisent à la production de la neurotoxine β-L-ODAP (ODAP).
Le Dr Anne Edwards du John Innes Center, l’un des auteurs de la recherche, déclare : « La séquence génomique de la gesse et les connaissances biochimiques qui en résultent offrent une percée dans notre compréhension. Cela offre une opportunité de développer des variétés. avec moins d’ODAP adaptés aux conditions locales.
La disponibilité de la séquence du génome signifie que les chercheurs peuvent utiliser l’édition de gènes et des méthodes de sélection modernes pour développer des variétés de pois d’herbe à faible ou nulle teneur en ODAP. Cela signifie que la gesse pourrait être sur le point d’apporter une contribution importante à un système alimentaire plus diversifié et résilient au climat à l’avenir.
Des essais en serre au Centre John Innes et des essais sur le terrain menés par le Centre international de recherche agricole dans les zones arides ICARDA au Liban et au Maroc, et l’Institut éthiopien de recherche agricole sont déjà en cours pour tester les performances des lignées de gesse à faible ODAP croisées avec variétés locales.
La recherche intitulée « Les analyses génomiques et biochimiques révèlent un métabolon clé de la biosynthèse du ß -L-ODAP », dans Communication Nature fournit des indices sur la question scientifique intrigante de savoir comment et pourquoi la gesse produit sa toxine.
Qu’est-ce que la gesse?
La gesse est une culture cultivée dans de nombreuses régions du monde, riche en protéines et résistante à la sécheresse et aux inondations. Il a été utilisé pendant des siècles comme culture d’assurance, qui survit lorsque d’autres cultures échouent et peut être consommé sans danger dans le cadre d’une alimentation équilibrée.
Cependant, sa culture à grande échelle a été entravée en raison d’une toxine contenue dans le pois, qui peut, chez les personnes mal nourries, provoquer le neurolathyrisme, une maladie qui provoque une paralysie irréversible.
La gesse fait partie d’un groupe de « cultures orphelines », des espèces indigènes qui jouent un rôle clé dans la nutrition et les moyens de subsistance locaux mais qui reçoivent peu d’attention de la part des sélectionneurs et des chercheurs.
En utilisant l’assemblage du génome nouvellement disponible, l’équipe a tracé deux enzymes qui interagissent pour catalyser les dernières étapes de la biosynthèse de l’ODAP.
L’une de ces enzymes est impliquée dans de nombreuses espèces végétales dans l’élimination de l’oxalate, une molécule qui régule la photosynthèse et qui est produite par les champignons dans le cadre d’une stratégie d’attaque.
Dans la gesse, cette voie enzymatique a été réorientée, conduisant à la production d’ODAP, qui fournit une voie alternative pour éliminer l’oxalate.
Une théorie est que la toxine est produite comme une sorte de puits moléculaire pour stocker les molécules en excès utilisées par la plante pour la défense ou les produits de processus essentiels tels que la photosynthèse.
Le rôle possible que cette voie joue dans la défense de la plante signifie que la perturbation du processus peut avoir des conséquences indésirables pour la plante, ce que l’équipe de recherche doit garder à l’esprit lorsqu’elle utilise des approches telles que l’édition de gènes.
« Nous connaissons les enzymes qui conduisent à l’ODAP, mais nous ne connaissons pas les effets métaboliques exacts de la perturbation des différentes enzymes de différentes manières », explique l’auteur, le Dr Peter Emmrich du Norwich Institute for Sustainable Development.
« La voie menant à l’ODAP est importante pour le métabolisme d’autres acides aminés tels que la cystéine et la méthionine, essentiels à la santé de la plante. Il devrait être possible d’avoir une plante qui existe sans ODAP ; cependant, nous ne connaissons pas tous les moyens par lesquels aide la plante à faire face à son environnement. Ainsi, le résultat idéal pourrait être que vous ayez une gesse avec moins d’ODAP mais plus de méthionine.
Auparavant, le niveau élevé de séquences répétées dans le génome de la gesse signifiait qu’il était difficile d’identifier les séquences génétiques qui codent pour les enzymes responsables de la production de toxines.
Cette nouvelle séquence du génome signifie que la feuille de route est devenue plus claire et que nous sommes plus près d’ajouter la gesse à la liste des cultures intelligentes face au climat de demain.
« Alors que nous nous préparons à un avenir marqué par un changement climatique accru, nous aurons besoin de cultures capables de faire face à la sécheresse, aux inondations ou aux inondations d’eau salée », a déclaré le Dr Edwards. « La gesse peut survivre à de telles conditions mieux que d’autres légumineuses, donc maintenant avec les ressources génétiques dont nous disposons, il y a une opportunité de développer des variétés à faible teneur en ODAP qui ont des caractéristiques agronomiques adaptées aux conditions locales à travers le monde.
« Mais pour que les variétés à faible ODAP profitent aux gens, elles doivent être accessibles aux agriculteurs et considérées comme bénéfiques par eux », a ajouté le Dr Emmrich, « C’est pourquoi nous travaillons actuellement avec des chercheurs en sciences sociales de l’UEA (Université d’East Anglia) pour comprendre les préférences des agriculteurs et les systèmes semenciers locaux, et tendre la main aux sélectionneurs du monde entier pour les aider à utiliser les ressources que nous développons. »
Pois d’herbe – l’orphelin qui est sur le point de rejoindre le giron familial des cultures
L’une des plus anciennes plantes cultivées connues, la gesse est aujourd’hui cultivée comme culture d’assurance en Éthiopie, en Érythrée, en Inde, au Bangladesh et au Népal.
Sa résistance à la fois à la sécheresse et aux inondations en fait une culture prometteuse pour assurer la sécurité alimentaire dans un climat changeant. Consommée dans le cadre d’une alimentation équilibrée, elle est sans danger.
Cependant, jusqu’à présent, son association avec la maladie neurolathyrisme, une condition qui provoque une paralysie irréversible, a limité la culture de la plante.
Causée par la toxine β-L-ODAP, cette condition ne prend effet que lorsque la gesse est consommée à l’exclusion d’autres aliments, comme les périodes de famine et de pénurie, souvent lorsque d’autres cultures ont échoué.
Il n’existe pas de modèles fiables de consommation humaine sûre pour la maladie car il n’est pas éthiquement possible de tester les effets.
La première description de la maladie a été faite par le médecin grec Hippocrate, tandis que la plante est immortalisée dans l’eau-forte de l’artiste espagnol Goya Gracias á la almorta (Merci à la gesse) qui représente une victime de neurolathyrisme pendant le siège de Madrid par Napoléon.
Plus d’information:
Anne Edwards et al, Les analyses génomiques et biochimiques révèlent un métabolon clé de la biosynthèse du β-L-ODAP chez Lathyrus sativus, Communication Nature (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-36503-2