Une percée dans la sélection du riz pour nourrir des milliards

Les hybrides de première génération de plantes cultivées affichent souvent des performances supérieures à celles de leurs souches parentes, un phénomène appelé vigueur hybride. Mais cela ne persiste pas si les hybrides sont croisés ensemble pour une deuxième génération. Ainsi, lorsque les agriculteurs veulent utiliser des variétés de plantes hybrides performantes, ils doivent acheter de nouvelles semences à chaque saison.

Le riz, la culture de base de la moitié de la population mondiale, est relativement coûteux à cultiver en tant qu’hybride pour une amélioration du rendement d’environ 10 pour cent. Cela signifie que les avantages des hybrides de riz n’ont pas encore atteint de nombreux agriculteurs du monde, a déclaré Gurdev Khush, professeur émérite adjoint au Département des sciences végétales de l’Université de Californie à Davis. Travaillant à l’Institut international de recherche sur le riz de 1967 jusqu’à sa retraite à l’UC Davis en 2002, Khush a dirigé les efforts pour créer de nouvelles variétés de riz à haut rendement, travail pour lequel il a reçu le Prix mondial de l’alimentation en 1996.

Une solution à cela serait de propager des hybrides sous forme de clones qui resteraient identiques de génération en génération sans autre reproduction. De nombreuses plantes sauvages peuvent produire des graines qui sont des clones d’elles-mêmes, un processus appelé apomixie.

“Une fois que vous avez l’hybride, si vous pouvez induire l’apomixie, vous pouvez le planter chaque année”, a déclaré Khush.

Cependant, le transfert de l’apomixie à une plante cultivée majeure s’est avéré difficile à réaliser.

Une étape vers les semences hybrides clonées

En 2019, une équipe dirigée par le professeur Venkatesan Sundaresan et le professeur adjoint Imtiyaz Khanday des départements de biologie végétale et de sciences végétales de l’UC Davis a obtenu une apomixie chez les plants de riz, environ 30% des graines étant des clones.

Sundaresan, Khanday et leurs collègues en France, en Allemagne et au Ghana ont maintenant atteint une efficacité clonale de 95 %, en utilisant une souche de riz hybride commerciale, et ont montré que le processus pouvait être maintenu pendant au moins trois générations.

Le processus en une seule étape consiste à modifier trois gènes appelés MiMe qui font passer la plante de la méiose, le processus que les plantes utilisent pour former des ovules, à la mitose, dans laquelle une cellule se divise en deux copies d’elle-même. Une autre modification génétique induit l’apomixie. Le résultat est une graine qui peut devenir une plante génétiquement identique à son parent.

La méthode permettrait aux entreprises semencières de produire des semences hybrides plus rapidement et à plus grande échelle, ainsi que de fournir des semences que les agriculteurs pourraient conserver et replanter de saison en saison, a déclaré Khush.

“L’apomixie dans les plantes cultivées est la cible de recherches mondiales depuis plus de 30 ans, car elle peut rendre la production de semences hybrides accessible à tous”, a déclaré Sundaresan. “L’augmentation des rendements qui en résulte peut aider à répondre aux besoins mondiaux d’une population croissante sans avoir à augmenter l’utilisation des terres, de l’eau et des engrais à des niveaux insoutenables.”

Les résultats pourraient être appliqués à d’autres cultures vivrières, a déclaré Sundaresan. En particulier, le riz est un modèle génétique pour d’autres cultures céréalières, dont le maïs et le blé, qui constituent ensemble des aliments de base majeurs pour le monde.

Khush a rappelé qu’il avait organisé une conférence en 1994 sur l’apomixie dans la sélection du riz. Lorsqu’il est retourné à UC Davis en 2002, il a donné une copie des actes de la conférence à Sundaresan.

“Ce fut un long projet”, a-t-il déclaré.

Les coauteurs de l’article sont : Aurore Vernet, Donaldo Meynard, Delphine Meulet, Olivier Gibert, Ronan Rivallan, Anne Cecilé Meunier, Julien Frouin, James Tallebois, Daphné Autran, Olivier Leblanc et Emmanuel Guiderdoni, CIRAD et Université de Montpellier, France ; Qichao Lian et Raphael Mercier, Max Planck Institute for Plant Breeding Research, Cologne, Allemagne; Matilda Bissah, Institut de recherche sur les ressources phytogénétiques du CSIR, Ghana ; et Kyle Shankle, UC Davis. Khush n’est pas un auteur sur le nouveau papier.

Les travaux ont été soutenus en partie par un financement de l’Innovative Genomics Institute et du Fonds France-Berkeley.