Des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord ont réussi à transférer un gène important d’un compartiment d’une cellule végétale à un autre pour produire des plants de tabac dépourvus de pollen et de graines viables, tout en poussant normalement. Leurs découvertes pourraient conduire à de meilleures façons de produire des graines hybrides pour maximiser la productivité des cultures, ou à introduire l’absence de pépins dans les espèces fruitières dépourvues du caractère souvent souhaité, comme les framboises, les mûres ou les raisins muscadins.
Les chercheurs ont commencé leurs travaux dans la partie productrice d’énergie d’une cellule, les mitochondries. Chez les plantes, les aberrations du génome mitochondrial peuvent être associées à l’incapacité de produire du pollen, un trait connu sous le nom de stérilité mâle cytoplasmique (CMS) qui a été exploité avec succès pour la production de graines hybrides à haut rendement dans de nombreuses cultures importantes. Les systèmes naturels basés sur CMS qui sont suffisamment robustes pour faciliter la production de semences hybrides à l’échelle commerciale sont cependant limités.
Dans leur étude de validation de principeles chercheurs de NC State, en collaboration avec des collègues de Precision BioSciences et Elo Life Systems, ont déployé une stratégie unique pour tester si le trait CMS pouvait être généré dans le tabac, une espèce modèle couramment utilisée dans la recherche sur les plantes.
Les chercheurs ont initialement pris un gène mitochondrial essentiel appelé atp1 et l’ont déplacé vers le noyau après l’avoir placé sous le contrôle régulateur d’un élément, appelé promoteur, qui, selon eux, permettrait au gène atp1 transféré de s’exprimer dans chaque cellule de la plante. sauf ceux responsables de la production du pollen. Les chercheurs ont ensuite utilisé des outils d’édition du génome pour supprimer définitivement le gène atp1 natif des mitochondries.
Leur approche a été couronnée de succès.
« Les résultats ont dépassé nos attentes », a déclaré Ralph Dewey, professeur Philip Morris de sciences végétales à NC State et auteur correspondant d’un article décrivant la recherche. « Les plantes semblaient tout à fait normales jusqu’à ce qu’elles commencent à fleurir, mais elles ne parvenaient plus à produire du pollen parce que le gène atp1 transféré n’était plus exprimé. Il est important de noter que, comme le gène atp1 d’origine a été supprimé du génome mitochondrial, le trait sera hérité de la mère. ce qui est une considération cruciale pour la production de semences hybrides à grande échelle.
Le pollen n’a pas été la seule victime de cette technique. Lorsqu’ils étaient fécondés de manière croisée à l’aide du pollen d’une plante normale voisine, leurs plants de tabac produisaient de manière inattendue de petites graines creuses, un peu comme celles observées dans les fruits « sans pépins » populaires tels que les pastèques et les raisins.
« C’est parce que le promoteur que nous avons choisi non seulement n’a pas réussi à s’exprimer lors de la formation du pollen, mais également au début du développement des graines », a déclaré Dewey.
Dewey a déclaré que son équipe travaille actuellement à découpler ces résultats afin que les chercheurs puissent obtenir soit l’infertilité pollinique, soit le caractère sans pépins seul, au lieu des deux en même temps.
Dewey a également souligné que les résultats ne devraient pas se limiter aux plants de tabac. Leur prochaine génération d’expériences consistera notamment à tester le caractère sans pépins de la tomate, un proche parent du tabac. Ils testeront également leur nouveau caractère CMS dans une céréale telle que le riz pour tester l’efficacité de leur système dans une culture où la production de semences hybrides est importante pour obtenir des rendements maximaux.
« Connaissant le fonctionnement du système, il n’y a aucune raison de croire que nous ne pourrions pas transférer efficacement la technologie à d’autres espèces végétales », a-t-il déclaré.
L’étude paraît dans Frontières de la science végétale.
Plus d’information:
Stérilité mâle cytoplasmique et traits de graines abortives générés par l’édition du génome mitochondrial couplée à l’expression allotopique de atp1 dans le tabac, Frontières de la science végétale (2023). DOI : 10.3389/fpls.2023.1253640