Le CRISPR pour stimuler les rendements agricoles
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En utilisant la tomate comme exemple, des chercheurs proposent une preuve à l’appui de la technologie CRISPR pour stimuler les rendements agricoles sur 3 principaux traits qui sont la taille, l’architecture de ramification et la forme de la plante.
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Les scientifiques du Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) ont utilisé la modification du génome pour améliorer les cultures agricoles. En utilisant la tomate à titre d’exemple, ils ont mobilisé la technologie CRISPR-Cas9 pour générer rapidement des variantes de la plante qui présentent un large continuum de 3 traits distincts qui sont importants en agriculture. La taille des fruits, l’architecture de ramification et la forme globale de la plante. Ce sont des composantes majeures pour le rendement d’une plante. La méthode est conçue pour fonctionner dans toutes les cultures vivrières, alimentaires et celle du biocarburant incluant le riz, le maïs, le sorgho et le blé.
Les taux actuels d’augmentation du rendement des cultures ne répondront pas aux demandes agricoles futures de la planète à mesure de l’augmentation de la population humaine selon le professeur Zachary Lippman de la CSHL qui a dirigé la recherche. L’une des limitations est que la nature n’a pas fourni suffisamment de variation génétique pour les éleveurs, notamment pour les principaux traits de rendement qui peuvent impliquer des dizaines de gènes. Notre laboratoire a utilisé la technologie CRISPR pour générer de nouvelles variations génétiques qui peuvent accélérer l’amélioration des cultures tout en rendant ses résultats plus prévisibles.
En utilisant CRISPR pour créer différents ensembles de mutation dans un promoteur de gène appelé SICLV3 (et dans d’autres promoteurs), les chercheurs ont pu varier le nombre d’organes floraux et des locules (Le compartiment gélatineux des graines) dans une tomate. Cela permet d’ajuster les traits principaux d’une plante pour avoir le rendement désiré – Crédit : Lippman lab, CSHL
Les expériences de l’équipe, publiées dans Cell, impliquent l’utilisation de CRISPR pour faire des coupures multiples dans 3 séquences de génome de tomate connues sous le nom de promoteurs. Les promoteurs sont des zones de gènes proches de l’ADN qui aident à réguler le moment et le niveau de l’activité de ces gènes pendant la croissance. En générant de multiples séries de mutations au sein de chacune de ces régions régulatrices, les chercheurs ont pu induire un large éventail de changements dans chacun des 3 traits ciblés.
Ce que nous avons démontré avec chacun des traits selon Lippman, est la capacité d’utiliser CRISPR pour générer de nouvelles variations génétiques et caractéristiques que les éleveurs peuvent utiliser pour adapter une plante selon certaines conditions. Chaque trait peut désormais être contrôlé de la même manière qu’un variateur contrôle une ampoule.
En utilisant CRISPR pour muter les séquences régulatrices, qui sont les promoteurs des gènes de “rendement” plutôt que les gènes eux-mêmes, l’équipe constate qu’elle peut avoir un impact beaucoup plus subtil sur les traits quantitatifs. L’affinement de l’expression des gènes, plutôt que la suppression ou l’inactivation des protéines, est susceptible de bénéficier à l’agriculture commerciale en raison de la flexibilité qu’une telle variation génétique permet d’améliorer les traits de rendement.
Ce graphique montre les changements dans les promoteurs de gène SlCLV3 en faisant des coupes dans sa séquence d’ADN avec CRISPR – Lippman lab, CSHL
Le croisement classique implique beaucoup de temps et d’efforts pour adapter les variantes bénéfiques des gènes pertinents aux meilleures variétés qu’on doit continuellement améliorer chaque année selon Lippman. Notre approche peut aider à contourner cette contrainte en générant et en sélectionnant directement les variantes les plus souhaitables qui contrôlent l’activité des gènes dans le contexte d’autres mutations naturelles qui profitent à l’agriculture. Nous pouvons désormais travailler avec l’ADN natif et l’améliorer avec un outil fourni par la nature pour réduire les obstacles au rendement agricole.
Chacune des zones mutées crée ce qu’on appelle un Quantitative Trait Loci (QTL). Dans une plante donnée, le QTL émerge naturellement sur des milliers d’années qui sont le résultat de mutations spontanées qui ont entraîné des changements subtils dans les traits de rendement. La recherche et l’exploitation de ce QTL fourni par la nature ont été un objectif des agriculteurs depuis des siècles. Mais les QTL les plus précieux, ceux qui provoquent des changements subtils dans les traits, sont rares. Lippman et son équipe ont désormais montré que le QTL généré par CRISPR peut être combiné avec le QTL existant pour créer des boites à outils de variation génétique qui correspondent et surpassent le QTL qui se trouve dans la nature.
