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L’éditeur de génome CRISPR a transformé de nombreux domaines de la biologie, mais l’utilisation de cet outil pour améliorer certaines variétés de cultures telles que le blé et le maïs reste difficile en raison des parois dures des cellulaires de ces plantes.

Transférer les composants de CRISPR dans les cellules d’une plante

À présent, une grande entreprise agricole a résolu ce problème de manière créative en utilisant du pollen provenant d’une plante génétiquement modifiée pour transférer les composants de CRISPR dans les cellules d’une autre plante.
Cette solution permettra d’accélérer la création de meilleures cultures et sera plus polyvalente, selon les scientifiques. Dans ses premières expériences, la compagnie a édité des variétés de maïs pour obtenir des grains plus lourds ou plus juteux, ce qui pourrait les rendre plus productifs rapporte dans Nature Biotechnoly Daniel Voytas, biologiste spécialiste des plantes à l’Université du Minnesota à St. Paul, qui a contribué à inventer un éditeur de génome différent et a cofondé une autre compagnie.
«Il est intéressant de constater qu’un nombre croissant de groupes de recherche – tant du monde universitaire que du secteur privé – réfléchissent à de nouvelles façons de fournir des composants d’édition de gènes et de récupérer efficacement ces plantes modifiées».
CRISPR est constitué de ciseaux enzymatiques appelés Cas9 qui constituent un guide fabriqué à partir de bases d’ARN jusqu’à un endroit précis du génome. Les cellules végétales ayant une paroi très rigide par rapport aux cellules animales, il est plus difficile pour le CRISPR/Cas9 et pour l’ARN guide (ARNg) d’atteindre leurs génomes et d’effectuer des modifications.

CRISPR dans une bactérie capable de pénétrer dans la paroi des cellules végétales

Les chercheurs ont donc dû assembler ces gènes CRISPR dans une bactérie capable de pénétrer dans la paroi des cellules végétales ou de les injecter sur des particules d’or et de les injecter avec ce que l’on appelle un pistolet à gènes. Non seulement cela est inélégant, mais cela ne fonctionne pas pour de nombreuses espèces végétales, y compris les variétés de cultures importantes pour l’homme.
Une équipe de chercheurs dirigée par les biologistes des plantes Timothy Kelliher et Qiudeng Que de Syngenta à Durham, en Caroline du Nord, a résolu ce problème en exploitant un phénomène étrange appelé induction haploïde, qui permet au pollen de fertiliser les plantes sans transférer de manière permanente le gène génétique «mâle»  à la progéniture.
Les plantes nouvellement créées ne possèdent qu’un ensemble de chromosomes femelles, ce qui les rend haploïdes au lieu des diploïdes traditionnels. L’induction haploïde en elle-même peut conduire à une efficacité de reproduction accrue et à un rendement plus élevé des plantes.
Syngenta a tout d’abord tiré parti d’une lignée de maïs pouvant être transformée avec CRISPR avec une relative facilité, grâce à la technologie des bactéries ou au pistolet à gènes, et qui possède une version modifiée d’un gène, matrilinéaire, permettant à son pollen de déclencher l’induction haploïde.
Les chercheurs ont transformé cette lignée de maïs avec une combinaison d’ARNg/Cas9 programmée pour cibler des gènes associés à différents caractères. Le pollen de ces plantes transformées pourrait ensuite transmettre les outils d’édition d’ARNg et de Cas9 à d’autres variétés de maïs récalcitrantes à CRISPR.

L’innovation consiste à utiliser le pollen inducteur haploïde

«La principale innovation consiste à utiliser le pollen inducteur haploïde comme une sorte de cheval de Troie», déclare Kelliher, dont l’équipe dirigée par Syngenta décrit le système actuel dans Nature Biotechnology. Il existe également des preuves, disent-ils, que le pollen de maïs porteur de CRISPR peut modifier l’ADN du blé. Les chercheurs ont ensuite mis au point un second système CRISPR pour Arabidopsis, un genre de plantes apparentées au chou, au brocoli, au chou frisé et au chou-fleur.
«C’est un travail brillant», déclare le biologiste des plantes Luca Comai de l’Université de Californie à Davis. «C’est imaginatif de combiner deux technologies: l’induction haploïde et l’édition du génome.» (M. Comai note que son laboratoire a reçu un petit financement de Syngenta.)
Cette édition-induction haploïde (édition HI), comme l’appelle la méthode CRISPR au pollen de Syngenta, n’a été réalisée jusqu’à présent dans les laboratoires. Mais les scientifiques disent que si cela était fait sur le terrain, les changements ne se propageraient pas car le génome masculin dans le pollen – qui porte l’outil CRISPR – disparaît peu de temps après la fécondation.

C’est une livraison transitoire

«Les outils CRISPR se perdent, c’est une livraison transitoire», déclare M. Que et comme cette méthode n’implique pas l’insertion des gènes CRISPR dans l’ADN des cultures résultantes, ils ne seront probablement pas considérés comme génétiquement modifiés selon les termes de la réglementation américaine en vigueur, ce qui facilitera l’obtention de l’approbation réglementaire pour la vente de ces cultures.
Le chercheur Gao Caixia de l’Académie chinoise des sciences de Beijing a déclaré que l’édition-HI serait particulièrement utile pour les variétés commerciales de maïs à haut rendement connues sous le nom d’élites. «Le maïs est tellement important», déclare Gao. «Toutes les entreprises y travaillent et chaque année, il y a tellement de nouvelles variétés et livrer CRISPR à une nouvelle variété n’est pas une tâche facile. »

D’autres solutions existent

Gao note qu’il existe d’autres moyens d’améliorer le succès de CRISPR dans les plantes récalcitrantes, y compris une technologie décrite il y a 2 ans par les chercheurs de DuPont Pioneer qui surexprime deux gènes qui affectent le développement embryonnaire. «Donc l’édition-HI n’est pas la seule solution, mais c’est une solution intelligente», déclare Gao.
Source : Science
Crédit photo sur Unsplash : Randy Fath