Les scientifiques de l’UC Riverside ont une chance d’éradiquer une menace mortelle pour les vignobles posée par le tireur d’élite aux ailes vitreuses, tout comme sa résistance aux insecticides a augmenté.
Lorsque l’insecte volant d’un demi-pouce de long se nourrit de vignes, il transmet des bactéries qui causent la maladie de Pierce. Une fois infectée, une vigne est susceptible de mourir dans les trois ans, un problème croissant pour l’industrie viticole californienne de 58 milliards de dollars. Actuellement, il ne peut être contrôlé qu’avec des quarantaines et des pulvérisations chimiques de moins en moins efficaces.
La nouvelle technologie d’édition de gènes représente l’espoir de contrôler le tireur d’élite. Les scientifiques de l’UC Riverside ont démontré que cette technologie peut apporter des changements physiques permanents à l’insecte. Ils ont également montré que ces changements ont été transmis à trois générations d’insectes ou plus.
Un article décrivant les travaux de l’équipe a été publié dans la revue Rapports scientifiques.
« Notre équipe a établi, pour la première fois, des approches génétiques pour contrôler les tireurs d’élite à ailes vitreuses », a déclaré Peter Atkinson, entomologiste et co-auteur de l’article.
Pour ce projet, les chercheurs ont utilisé la technologie CRISPR pour éliminer les gènes contrôlant la couleur des yeux des tireurs d’élite. Dans une expérience, ils ont blanchi les yeux des insectes. Dans un autre, les yeux sont devenus cinabre, une couleur rouge sang. Ensuite, l’équipe a démontré que ces changements de couleur des yeux étaient permanents, transmis à la progéniture des parents modifiés.
CRISPR est basé sur le système immunitaire des bactéries. Lors des attaques de virus, les bactéries sauvent des morceaux d’ADN de leurs envahisseurs. Lorsque les virus reviennent, les bactéries reconnaissent, coupent et détruisent l’ADN viral.
Les scientifiques utilisent CRISPR comme des « ciseaux moléculaires » pour cibler des séquences d’ADN spécifiques.
« Il s’agit d’une excellente technologie car elle peut être si spécifique à un insecte et ne pas causer d’effets hors cible sur d’autres insectes, animaux ou humains », a déclaré Inaiara de Souza Pacheco, entomologiste UCR et auteur principal de l’étude. « C’est une stratégie de lutte contre les insectes beaucoup plus respectueuse de l’environnement que l’utilisation de produits chimiques. »
L’une des découvertes intéressantes de l’équipe est que les gènes de couleur des yeux des tireurs d’élite sont situés sur des chromosomes non sexuels. Tous les animaux ont deux types de chromosomes : sexuels et autosomiques, ou non sexuels.
« Savoir que les gènes blancs et cinabre sont sur des chromosomes autosomiques démontre que l’hérédité de ces gènes n’est pas liée au sexe de l’insecte », a déclaré Pacheco. « C’est important pour développer des stratégies de contrôle. »
Par exemple, chez les moustiques, ce sont exclusivement les femelles qui transmettent les virus à l’homme. L’identification des gènes sur les chromosomes sexuels qui favorisent les moustiques femelles est importante pour les stratégies de lutte contre les moustiques. À l’inverse, il est important de savoir quand les gènes clés ne se trouvent pas sur les chromosomes sexuels.
Pour démontrer que les mutations créées par CRISPR sont transmises aux générations suivantes, l’équipe a également dû déterminer comment amener les tireurs d’élite à s’accoupler par paires. « Ce n’est pas toujours simple en entomologie, car les insectes ont parfois besoin de plus d’un autre insecte pour être stimulés pour l’accouplement », a expliqué Atkinson.
Maintenant que l’équipe a démontré que CRISPR peut fonctionner chez ces insectes, ils ont un nouvel objectif.
« Nous utilisons CRISPR pour essayer de modifier les pièces buccales du tireur d’élite afin qu’elles ne puissent pas capter la bactérie qui cause la maladie de Pierce », a déclaré Rick Redak, entomologiste UCR et co-auteur de l’article.
Il y a de fortes chances que l’équipe réussisse à modifier les bouches, étant donné l’efficacité avec laquelle elle a réussi à modifier les gènes de la couleur des yeux des tireurs d’élite. L’équipe a injecté les molécules CRISPR dans des œufs récemment pondus et, dans certaines expériences, jusqu’à 100 % des œufs sont devenus des nymphes avec une couleur des yeux altérée.
« C’est absolument incroyable parce que le taux de réussite dans d’autres organismes est souvent de 30 % ou moins », a déclaré Linda Walling, biologiste végétale et co-auteur de l’article. « Le taux élevé de réussite de l’édition génétique chez les tireurs d’élite à ailes vitreuses est de bon augure pour notre capacité à développer de nouvelles méthodes de lutte contre les insectes, ainsi qu’à comprendre la biologie de base de ce ravageur dévastateur. »
Atkinson s’émerveille également à quel point l’équipe est proche de son objectif de créer des insectes qui ne sont pas infectieux. « Avant CRISPR, générer des mutations spécifiques avec une telle facilité à des fréquences aussi élevées était pratiquement impossible », a déclaré Atkinson. « Maintenant, nous sommes convaincus que nous pouvons trouver des moyens de créer des insectes incapables de transmettre cette maladie. »
« Le résultat de cette recherche est un exemple de la force que les départements d’agriculture du Collège des sciences naturelles et agricoles de l’UCR apportent au développement de stratégies innovantes de lutte antiparasitaire », a-t-il déclaré.
En plus des scientifiques du département d’entomologie de l’UCR, l’équipe de recherche comprenait Walling du département de botanique et des sciences végétales et le mycologue Jason Stajich du département de microbiologie et de pathologie végétale.
Leur travail a été financé par le département californien de l’alimentation et de l’agriculture, ainsi que par le service d’inspection de la santé animale et végétale du département américain de l’agriculture.
L’équipe est particulièrement encouragée par les résultats de leurs expériences CRISPR sur les tireurs d’élite, qui font partie d’une classe d’insectes pour lesquels d’autres stratégies de contrôle moléculaire n’ont pas été efficaces auparavant.
« Il semble que les tireurs d’élite deviendront un organisme modèle pour les hémiptères, cette grande catégorie d’insectes perceurs et suceurs », a déclaré Redak. « Notre modèle d’utilisation de CRISPR pour eux pourrait ouvrir notre capacité à contrôler les maladies qu’ils transmettent aux plantes et éventuellement aux humains également. »
Inaiara de Souza Pacheco et al, modification efficace du génome médiée par CRISPR/Cas9 du tireur d’élite à ailes vitreuses Homalodisca vitripennis (Germar), Rapports scientifiques (2022). DOI : 10.1038/s41598-022-09990-4