Des plantes artificielles produisent un parfum sexuel pour tromper les nuisibles et remplacer les pesticides

De manière critique, ils ont montré comment la production de ces molécules peut être gérée efficacement afin de ne pas entraver la croissance normale des plantes.

Les phéromones sont des produits chimiques complexes produits et libérés par un organisme comme moyen de communication. Ils permettent aux membres de la même espèce d’envoyer des signaux, ce qui inclut de faire savoir aux autres qu’ils recherchent l’amour.

Les agriculteurs peuvent accrocher des disperseurs de phéromones parmi leurs cultures pour imiter les signaux des insectes femelles, emprisonnant ou empêchant les mâles de trouver un compagnon. Certaines de ces molécules peuvent être produites par des procédés chimiques mais la synthèse chimique est souvent coûteuse et crée des sous-produits toxiques.

Le Dr Nicola Patron, qui a dirigé cette nouvelle recherche et dirige le groupe de biologie synthétique à l’Institut Earlham, utilise une science de pointe pour amener les plantes à produire ces précieux produits naturels.

La biologie synthétique applique des principes d’ingénierie aux éléments constitutifs de la vie, l’ADN. En créant des modules génétiques avec les instructions pour construire de nouvelles molécules, le Dr Patron et son groupe peuvent transformer une plante comme le tabac en une usine qui n’a besoin que de soleil et d’eau.

“La biologie synthétique peut nous permettre de concevoir des plantes pour qu’elles fabriquent beaucoup plus de quelque chose qu’elles ont déjà produit, ou nous pouvons fournir les instructions génétiques qui leur permettent de construire de nouvelles molécules biologiques, telles que des médicaments ou ces phéromones”, a déclaré le Dr Patron.

Dans ce dernier travail, l’équipe a travaillé avec des scientifiques de l’Institut de biologie moléculaire et cellulaire des plantes de Valence pour concevoir une espèce de tabac, Nicotiana benthamiana, pour produire des phéromones sexuelles. La même plante a déjà été conçue pour produire des anticorps contre Ebola et même des particules de type coronavirus à utiliser dans les vaccins Covid.

Le Groupe a construit de nouvelles séquences d’ADN en laboratoire pour imiter les gènes de la teigne et a introduit quelques interrupteurs moléculaires pour réguler avec précision leur expression, ce qui active et désactive efficacement le processus de fabrication.

Un élément important de la nouvelle recherche était la capacité d’affiner la production des phéromones, car contraindre les plantes à construire continuellement ces molécules a ses inconvénients.

“Lorsque nous augmentons l’efficacité, trop d’énergie est détournée de la croissance et du développement normaux”, a expliqué le Dr Patron.

« Les plantes produisent beaucoup de phéromones mais elles ne peuvent pas devenir très grandes, ce qui réduit essentiellement la capacité de notre chaîne de production. Notre nouvelle recherche fournit un moyen de réguler l’expression des gènes avec beaucoup plus de subtilité.

En laboratoire, l’équipe s’est mise à tester et à affiner le contrôle des gènes responsables de la production du mélange de molécules spécifiques qui imitent les phéromones sexuelles d’espèces de papillons nocturnes, notamment le ver orange du nombril et le ver de la capsule du coton.

Ils ont montré que le sulfate de cuivre pouvait être utilisé pour régler finement l’activité des gènes, leur permettant de contrôler à la fois le moment et le niveau d’expression des gènes. Ceci est particulièrement important car le sulfate de cuivre est un composé bon marché et facilement disponible déjà approuvé pour une utilisation en agriculture.

Ils ont même pu contrôler soigneusement la production de différents composants de phéromones, ce qui leur a permis de modifier le cocktail pour mieux l’adapter à des espèces de papillons de nuit spécifiques.

“Nous avons montré que nous pouvions contrôler les niveaux d’expression de chaque gène par rapport aux autres”, a déclaré le Dr Patron. “Cela nous permet de contrôler le ratio de produits qui sont fabriqués.

« Il est particulièrement important d’obtenir cette bonne recette pour les phéromones de mites car elles sont souvent un mélange de deux ou trois molécules dans des rapports spécifiques. Nos collaborateurs en Espagne extraient maintenant les phéromones végétales et les testent dans des distributeurs pour voir à quel point elles se comparent. aux papillons femelles.”

L’équipe espère que leur travail ouvrira la voie à l’utilisation systématique des plantes pour produire une large gamme de produits naturels précieux.

“Un avantage majeur de l’utilisation des plantes est qu’il peut être beaucoup plus coûteux de construire des molécules complexes à l’aide de processus chimiques”, a déclaré le Dr Patron. “Les plantes produisent déjà un éventail de molécules utiles, nous sommes donc en mesure d’utiliser les dernières techniques pour adapter et affiner les machines existantes.

“A l’avenir, nous verrons peut-être des serres pleines d’usines végétales, offrant un moyen plus écologique, moins cher et plus durable de fabriquer des molécules complexes.”

La recherche fait partie du projet SUSPHIRE, qui a reçu le soutien d’ERACoBiotech financé par le programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 et le UKRI Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC).