Une tournure révolutionnaire de l’outil CRISPR – alias « ciseaux génétiques » – est utilisée pour modifier les génomes des plantes par des scientifiques de l’Institut Max Planck de physiologie moléculaire des plantes, signalant un changement de méthodologie. La découverte, récemment publiée dans la revue Biotechnologie naturellepourraient simplifier et accélérer le développement de nouvelles variétés de cultures commerciales génétiquement stables en combinant le greffage avec un outil CRISPR « mobile ».
Une pousse non modifiée est greffée sur des racines qui contiennent un CRISPR/Cas9 mobile, ce qui permet au ciseau génétique de se déplacer de la racine à la pousse. Là, il édite l’ADN de la plante mais ne laisse aucune trace de lui-même dans la prochaine génération de plantes. Cette percée permettra d’économiser du temps et de l’argent, de contourner les limites actuelles de la sélection végétale et de contribuer à des solutions alimentaires durables pour de multiples cultures.
De nombreuses cultures qui nourrissent le monde sont déjà menacées par la chaleur, la sécheresse et les ravageurs des plantes, et ces facteurs sont encore exacerbés par le changement climatique. Pour pérenniser ces plantes essentielles pour des rendements de cultures efficients et efficaces dans des conditions difficiles, les génomes des plantes peuvent être modifiés avec une grande précision à l’aide du système CRISPR/Cas9 pour introduire des fonctions génétiques bénéfiques ou pour supprimer celles qui sont défavorables.
Alors que CRISPR/Cas9 est un énorme pas en avant pour la sélection végétale, il reste néanmoins une solution coûteuse et laborieuse, ce qui rend son application impossible dans la plupart des plantes. Le développement récent réalisé par l’équipe de scientifiques de l’Institut Max Planck de physiologie moléculaire des plantes en Allemagne surmonte ces limitations.
ARN comme transporteur CRISPR
Les plantes cultivées commerciales doivent être génétiquement stables, elles ne peuvent contenir aucune séquence génétique du système CRISPR/Cas9 et doivent être exemptes de transgènes. Normalement, cela est réalisé soit par croisement sur plusieurs générations, soit via des processus de régénération fastidieux. Les deux demandent beaucoup de temps et d’argent et sont difficiles, voire impossibles pour de nombreuses plantes cultivées.
Une équipe de scientifiques dirigée par le Dr Friedrich Kragler a entrepris de changer cela. Dans le cadre du projet PLAMORF financé par l’UE et du projet de preuve de concept financé par le ministère allemand de la recherche, ils étudient les séquences de transport qui permettent le mouvement des ARN des racines aux pousses. Le groupe de recherche a identifié les séquences dites de type ARNt (TLS) qui agissent comme des signaux pour le mouvement à longue distance des ARN dans les plantes.
La percée récente est venue en combinant cette découverte avec le système d’édition du génome CRISPR/Cas9. Lors de l’ajout d’un tel TLS aux séquences CRISPR/Cas9, les plantes produisent des versions « mobiles » de l’ARN CRISPR/Cas9. Une pousse non modifiée et sans transgène est ensuite greffée sur les racines des plantes contenant l’ARN mobile CRISPR/Cas9, qui se déplace ensuite de la racine dans la pousse, et éventuellement dans les fleurs qui produisent les graines.
« La magie opère dans les fleurs », explique le Dr Friedrich Kragler. « L’ARN CRISPR/Cas9 entre et est converti en la protéine correspondante, qui est la véritable « ciseau génétique ». Il édite l’ADN de la plante dans les fleurs. Mais le système CRISPR/Cas9 lui-même n’est pas intégré dans l’ADN. Ainsi, les graines qui se développent ensuite à partir de ces fleurs ne portent que l’édition souhaitée. Il n’y a aucune trace du système CRISPR/Cas9 dans la prochaine génération d’usines et cela fonctionne avec une efficacité étonnamment élevée. »
Un système d’édition pour de nombreuses plantes cultivées
Ce qui rend le nouveau système encore plus excitant, c’est la possibilité de combiner différentes espèces. Les scientifiques ont montré que cette « édition » ne fonctionne pas uniquement lorsque les racines et les pousses du greffage proviennent de la même espèce végétale – dans ce cas, la plante modèle Arabidopsis ou l’arabette. Ils ont également greffé des pousses de son parent commercial, le colza, sur des racines d’Arabidopsis qui produisent le CRISPR/Cas9 mobile. Fait encourageant, l’équipe du Dr Kragler a également trouvé des plants de colza modifiés.
« Notre nouveau système d’édition de gènes peut être utilisé efficacement pour de nombreux programmes de sélection et plantes cultivées. Cela inclut de nombreuses espèces de plantes agricoles importantes qui sont difficiles ou impossibles à modifier avec les méthodes existantes », a-t-il conclu.
Plus d’information:
Lei Yang et al, Édition du génome sans transgène héréditaire chez les plantes par greffage de pousses de type sauvage sur des porte-greffes de donneurs transgéniques, Biotechnologie naturelle (2023). DOI : 10.1038/s41587-022-01585-8