Un centre de recherche cartographie les gènes climatiques cruciaux dans les cultures

Presque tous les matins, Guillaume Ramstein se promène dans le parc universitaire d’Aarhus pour se rendre au travail. À cette époque de l’année, les vieux chênes regorgent de couleurs vert vif et l’herbe est couverte de pissenlits et de marguerites.

Lorsqu’il s’assoit devant son écran, il est prêt à étudier les gènes des plantes. Pas celles du beau parc, mais une herbe peu connue appelée Brachypodium.

Sur son ordinateur, il examine d’énormes quantités de données pour essayer de trouver des gènes utiles dans cette petite plante. Des gènes qui permettent à la plante de résister à de longues périodes de sécheresse ou à des températures plus élevées.

La raison pour laquelle il étudie cette plante peu connue et non le blé, l’orge ou le maïs que nous connaissons tous grâce à nos voyages à la campagne, c’est que Brachypodium est un peu comme les souris dans la recherche pharmacologique.

« Nous appelons Brachypodium la souris des céréales, car elle sert d’organisme modèle pour tester de nouvelles choses. Comme les souris utilisées dans le secteur médical, elle est beaucoup plus facile à reproduire et génétiquement, elle est assez similaire aux cultures comme le blé ou l’orge », explique Ramstein.

“Comme le Brachypodium n’a qu’environ 300 millions de lettres dans son ADN, contre 17 milliards dans le blé, il est également beaucoup moins cher et plus facile à séquencer et à utiliser.”

En cartographiant les gènes utiles qui rendent ces plantes mieux adaptées au changement climatique et à un avenir davantage basé sur les plantes, Ramstein et ses collègues jettent les bases des modifications génétiques et de la sélection traditionnelle.

Les lettres de l’ADN

Au centre des cellules humaines, animales et végétales se trouve un petit noyau appelé noyau qui contient notre ADN.

À l’intérieur du noyau, les longs brins d’ADN à deux brins s’enroulent et forment les chromosomes. Les fils sont constitués de séquences presque infinies de quatre petites molécules, que nous abrévions A, C, G et T. Les gens les appellent aussi les lettres de l’ADN.

C’est l’ordre de ces lettres qui détermine la fonction de nos gènes. En général, les gènes sont constitués de milliers de lettres, mais une seule lettre erronée dans la séquence peut entraîner des résultats positifs ou négatifs.

Chaque fois que les cellules se divisent, elles doivent copier toutes les informations génétiques. Ce processus de copie se déroule parfois mal, entraînant des lettres incorrectes dans le génome. Généralement la cellule corrige ces erreurs mais pas toujours.

La même chose se produit lorsqu’une nouvelle plante ou un nouvel animal est conçu. Lors du mélange des gènes de la mère et du père, des erreurs ou de nouvelles combinaisons peuvent survenir. Ces variations aléatoires sont le mécanisme de l’évolution.

Une petite déviation génétique fait une énorme différence

Brachypodium n’est pas la seule plante étudiée par Ramstein et ses collègues. Ils ont également une plante appelée Sorgho sous leur microscope.

Le sorgho est la cinquième céréale la plus importante au monde en termes de production et de superficie récoltée. C’est une plante tropicale utilisée pour ses grains et pour l’alimentation animale, originaire d’Afrique et d’Asie, mais aussi d’Amérique du Nord et d’Europe du Sud.

Dans le sorgho, ils ont découvert une mutation génétique très utile, explique-t-il. “Nous avons trouvé une variante dans un gène responsable de la photosynthèse. Les plantes avec un A au lieu d’un G dans cette position semblent avoir une plus grande efficacité pour transformer la lumière du soleil en énergie.”

« C’est important car le gène est similaire dans de nombreuses autres cultures. Notre modèle informatique suggère que la variation est également naturellement présente dans les espèces apparentées au sorgho, comme le maïs et la canne à sucre. »

La localisation de ces petites variations dans le génome pose les bases d’une sélection plus ciblée. Lorsque les sélectionneurs savent exactement quelles variations de l’ADN rechercher, il est plus facile de développer de nouvelles cultures adaptées au changement climatique.

Une base pour de nouvelles techniques génomiques

Lorsque Ramstein et ses collègues de QGG découvrent des variations dans les cultures, ils s’arrêtent là – et il y a une raison à cela, explique-t-il. “Nous publions nos résultats dans des revues universitaires et nous collaborons avec d’autres groupes de recherche et l’industrie lorsqu’ils utilisent nos résultats. Qu’ils utilisent de nouvelles techniques génomiques comme CRISPR ou la sélection classique.”

L’utilisation de nouvelles techniques génomiques (NGT) pour modifier les cultures est soumise à une réglementation stricte dans l’UE, mais une nouvelle législation est en préparation. Plus tôt cette année, le Parlement européen a voté pour autoriser l’utilisation des NGT dans certains cas. De plus, les scientifiques peuvent déjà faire beaucoup de chemin en introduisant des mutations par des produits chimiques et d’autres moyens, qui ne sont pas soumis à une réglementation stricte en vertu de la législation européenne.

Dans l’état actuel des choses, les NGT sont réglementés par les mêmes règles que les OGM, mais si la nouvelle législation est également adoptée par le Conseil européen, elle permettra l’utilisation des NGT pour réaliser des modifications génétiques qui pourraient se produire naturellement dans les cultures.

En d’autres termes, cela permettra à l’industrie d’utiliser les NGT comme raccourci pour obtenir les caractéristiques souhaitées dans les cultures. Des caractéristiques qui pourraient nécessiter plusieurs générations de plantes pour être obtenues avec les méthodes de sélection traditionnelles.

Et c’est là qu’interviennent les recherches de Guillaume Ramsteins. Beaucoup de ses découvertes sont des mutations se produisant naturellement dans d’autres types de plantes – comme la variation de la plante Sorgho – et si la législation est adoptée, l’industrie pourra légalement induire ces mutations. dans les cultures européennes populaires.

Nouvelles techniques génomiques (NTG)

Depuis le début des années 2000, la technologie génomique a évolué à un rythme très rapide, ce qui a donné naissance à de nombreuses nouvelles techniques permettant de modifier le génome des plantes et des animaux.

Globalement, ces techniques peuvent être classées en deux catégories :

• Technologies qui transfèrent des gènes d’autres organismes vers la plante.
• Des technologies qui modifient directement le génome de la plante.

En 2012, Jennifer Doudna et Emmanuelle Charpentier ont découvert que CRISPR, un système immunitaire bactérien, pouvait être reprogrammé pour modifier n’importe où dans l’ADN des humains, des animaux et des plantes.

CRISPR est l’une des nombreuses techniques permettant de modifier l’ADN, mais elle s’avère jusqu’à présent la moins chère et la plus efficace. Avec la nouvelle législation européenne sur les NGT, cette technologie va être importante pour l’agro-industrie.

D’autres technologies, comme la mutagenèse par produits chimiques ou par rayonnement, introduisent également des mutations dans les génomes végétaux, mais elles ne sont pas réglementées par la législation de l’UE et resteront importantes pour l’industrie.

Les gens sont très sceptiques

En 2021, une entreprise japonaise a développé la toute première culture éditée par CRISPR : une tomate génétiquement modifiée qui contient des niveaux élevés d’un acide aminé appelé GABA qui a la capacité d’abaisser notre tension artérielle.

La tomate appelée « Sicilian Rouge High GABA » est vendue dans les supermarchés japonais, mais dans l’UE, nous n’autorisons pas les cultures génétiquement modifiées. Mais il y a une différence entre les OGM et les cultures obtenues grâce à CRISPR, explique Ramstein.

« Les NGT sont souvent décrits comme étant intrinsèquement nocifs, mais c’est une erreur. Je pense que la forte opposition aux OGM en Europe a débordé sur le débat sur les NGT. Utiliser les NGT pour induire des mutations qui pourraient se produire naturellement n’est pas, à mon avis, un problème. Cela pourrait en fait nous aider à résoudre certains des gros problèmes auxquels nous sommes confrontés dans l’agriculture. »

Cela dit, il reconnaît que la technologie – comme c’est le cas de la plupart des technologies – peut également être utilisée pour introduire des traits nuisibles.

Selon Ramstein, « certains estiment que permettre à l’industrie agroalimentaire d’utiliser les NGT la rendra trop puissante. Ils craignent également que l’industrie modifie les gènes des pesticides dans les plantes, afin qu’elles soient capables de mieux résister aux pesticides. Cela pourrait à son tour conduire à une utilisation accrue de pesticides dans les champs. »

« Bien sûr, nous ne voulons pas utiliser plus de pesticides. L’idée est que cette technologie peut être utilisée pour faire le contraire. Pour renforcer les défenses naturelles des plantes contre les insectes. Ce n’est pas la technologie qui compte, mais la façon de l’utiliser. »

Un mélange de technologies pour l’avenir

Chez QGG, Ramstein et ses collègues estiment que la recherche génomique jouera un rôle important à l’avenir. Non seulement cela nous permettra de nourrir davantage de personnes, mais cela nous aidera dans la transition verte, explique-t-il.

Selon Ramstein, « la recherche et les technologies génomiques ont leur rôle à jouer dans la transition verte, mais elles ne constituent pas la seule solution. En combinant les connaissances génomiques de base, la sélection traditionnelle, l’agriculture biologique et les NGT, je suis convaincu que nous résoudrons bon nombre des problèmes auxquels nous sommes confrontés aujourd’hui. »

Le changement climatique va changer là où de nombreuses cultures peuvent pousser. En Europe du Sud, certaines cultures qui prospèrent aujourd’hui seront impossibles à cultiver à l’avenir. En Europe du Nord, la hausse des températures permettra l’introduction de nouvelles cultures.

Grâce à la recherche génomique, nous pouvons atténuer certains de ces changements, explique Ramstein. « Nous travaillons actuellement à l’exploration de la diversité génétique pour l’adaptation aux conditions climatiques changeantes dans les pays nordiques. Nous analysons la diversité génétique naturelle pour détecter des caractères utiles chez les pois, l’avoine et l’orge. C’est une grande partie de notre travail qui complète l’utilisation des NTG sur ces plantes. »