Les expériences de reproduction normales peuvent prendre des années à se concrétiser
Lorsque les scientifiques veulent améliorer une variété de légumes, cela peut prendre un an ou moins pour voir des changements, juste la durée d’un cycle de reproduction. Mais les améliorations apportées à la sélection des arbres peuvent prendre des années, parfois des décennies, avant que des changements puissent être observés.
Maintenant, un processus développé par des chercheurs de l’Université de Géorgie pourrait réduire ce temps à une fraction.
À l’aide de l’outil d’édition de gènes CRISPR, CJ Tsai de l’UGA Warnell School of Forestry and Natural Resources et du Franklin College of Arts and Sciences a mis au point une méthode qui raccourcit le temps nécessaire à un peuplier pour fleurir, d’environ sept à 10 ans pour quelques mois seulement. En réduisant ce délai, il peut accélérer la sélection des arbres pour des traits améliorés, tels que la tolérance au froid ou à la sécheresse.
Les résultats ont été publiés récemment dans Nouveau Phytologue. L’article met également en lumière la façon dont les arbres développent des organes reproducteurs et ouvre la porte à de nouvelles recherches.
« Les méthodes précédentes pour induire une floraison précoce chez les peupliers étaient incohérentes et demandaient beaucoup de travail. C’est un obstacle majeur à la recherche », a déclaré Tsai, professeur Winfred N. « Hank » Haynes et éminent chercheur de la Georgia Research Alliance.
« Mais en utilisant CRISPR pour modifier un gène répresseur de floraison, nous sommes en mesure de réduire la durée de floraison de plus de sept ans à trois à quatre mois, et la période de développement des organes floraux d’un an à quelques jours. »
Ran Zhou, chercheur postdoctoral associé à Tsai, a déjà travaillé sur la détermination du sexe chez les saules et les peupliers. En utilisant ses idées, l’équipe a décidé de modifier CRISPR un gène de changement de sexe spécifique à la femelle chez un peuplier femelle. C’est faisable, ont-ils estimé, avec le système de floraison précoce pour contourner le long cycle de reproduction des arbres. En quelques mois, Tsai et son équipe ont vu de nouvelles fleurs mâles, indiquant un changement de sexe réussi.
La méthode pourrait changer la donne dans le monde de la recherche sur les arbres, où les projets peuvent prendre des décennies par rapport à la recherche sur les cultures vivrières. En raccourcissant le temps nécessaire à un arbre pour fleurir, les chercheurs peuvent effectuer des croisements contrôlés et évaluer plus rapidement les caractères d’intérêt. Par exemple, les caractéristiques permettant aux arbres de mieux tolérer la sécheresse ou les températures extrêmes pourraient être testées dans un laps de temps plus court.
Des peupliers ont été utilisés dans l’expérience, a déclaré Tsai, en raison de leur potentiel en tant que cultures ligneuses bioénergétiques et leur ADN a été entièrement cartographié par le ministère de l’Énergie. Il faut généralement des années avant que le sexe d’un peuplier puisse être observé.
« Le système de floraison accélérée est à la fois essentiel et opportun pour permettre la reproduction à cycle rapide et la sélection génomique à cycle rapide chez les espèces de matières premières ligneuses vivaces », a déclaré Tsai.
Tsai et son équipe ont également observé un bonus au processus de développement des fleurs : les peupliers femelles ont un potentiel de développement pour la trimonoécie, ou la capacité d’avoir des fleurs mâles et femelles sur la même plante. En règle générale, les peupliers sont des arbres mâles et femelles séparés. Mais avec leur floraison accélérée, Maria Ortega, associée de recherche principale au Forest Functional Genomics Lab de Tsai, a observé un développement inhabituel de fleurs mâles ou de fleurs mâles et femelles complètes chez les peupliers femelles étudiés par l’équipe.
Le projet CRISPR a révélé une autre tournure surprenante lorsque les chercheurs ont observé la croissance des arbres en fleurs : une modification génétique supplémentaire s’est révélée prometteuse pour réduire les attaches de graines cotonneuses utilisées par les plantes pour répandre leurs graines chaque printemps.
Les appendices blancs et plumeux peuvent être une nuisance lorsqu’ils tombent ou un cauchemar pour les personnes allergiques. En bloquant la détermination spécifique et le gène de floraison, l’équipe de Tsai a découvert que les attachements cotonneux étaient presque inexistants.
Bien que le processus nécessite une étude plus approfondie, il pourrait s’agir d’un changement positif pour les personnes allergiques à l’avenir. « Cela fournit une base moléculaire pour développer des graines sans poils, ce qui pourrait réduire la propagation des allergènes dans les zones urbaines ou dans les forêts exploitées », a-t-elle ajouté.
Non seulement le changement dans les poils des graines a aidé à confirmer le processus, mais il a créé de nouvelles opportunités pour explorer comment les arbres mûrissent et se reproduisent. Tsai a déclaré qu’elle était enthousiasmée par les nouvelles possibilités.
« Ce travail a ouvert de nombreuses nouvelles opportunités de recherche sur les traits de base de la reproduction », a-t-elle déclaré. « Et le délai plus court peut donner aux étudiants plus d’opportunités pour leurs propres projets de recherche, plutôt que de commencer quelque chose qui prend des années ou une décennie pour produire des résultats. »
Plus d’information:
María A. Ortega et al, Développement floral in vitro chez le peuplier : aperçu de la régulation et de la trimonoécie des trichomes des graines, Nouveau Phytologue (2022). DOI : 10.1111/nph.18624