(Bientôt, on ne saura pas ce qu'on mange. note de rené)
Des scientifiques utilisent CRISPR pour transformer la canne à sucre en une super culture
Des chercheurs de l'Université de Floride ont utilisé CRISPR/Cas9 pour modifier l'angle des feuilles de la canne à sucre, améliorant ainsi considérablement sa capture de la lumière solaire et son rendement en biomasse. Cette percée dans l’édition du génome polyploïde complexe de la canne à sucre marque une avancée majeure dans l’amélioration des cultures et la production de biocarburants.
Les chercheurs ont optimisé l'angle des feuilles de la canne à sucre à l'aide de l'édition génétique CRISPR, améliorant ainsi son absorption de la lumière solaire.
La canne à sucre est la première culture au monde en termes de rendement de biomasse, contribuant à 80 pour cent du sucre et à 40 pour cent de la production de biocarburants dans le monde. Sa taille importante et son utilisation optimale de l’eau et de la lumière en font une source idéale pour générer des bioproduits et des biocarburants renouvelables innovants.
Cependant, en tant qu'hybride de Saccharum officinal et Saccharum spontané, la canne à sucre possède le génome le plus complexe de toutes les cultures. Cette complexité signifie que l’amélioration de la canne à sucre par la sélection conventionnelle est un défi. Pour cette raison, les chercheurs se tournent vers des outils d’édition génétique, tels que le système CRISPR/Cas9, pour cibler précisément le génome de la canne à sucre à améliorer.
Eleanor Brant collecte des échantillons de feuilles pour l'analyse moléculaire de la canne à sucre génétiquement modifiée. Crédit : Charles Keato
Recherche innovante pour l'amélioration des cultures
Dans leur nouvel article, publié dans Journal de biotechnologie végétaleune équipe de chercheurs du Université de Floride du Centre pour l'innovation avancée en bioénergie et en bioproduits (CABBI) a exploité cette complexité génétique à son avantage pour utiliser le système CRISPR/Cas9 pour affiner l'angle des feuilles de la canne à sucre. Ces ajustements génétiques ont permis à la canne à sucre de capter davantage de lumière solaire, ce qui a augmenté la quantité de biomasse produite.
Ce travail soutient l'approche « plantes en tant qu'usines » du centre de recherche en bioénergie CABBI financé par le DOE et l'objectif principal de sa recherche sur la production de matières premières : synthétiser des biocarburants, des bioproduits et des molécules de grande valeur directement dans les tiges de plantes telles que la canne à sucre.
La complexité du génome de la canne à sucre est due en partie à son niveau élevé de redondance : il possède de nombreuses copies de chaque gène. Le phénotype présenté par une plante de canne à sucre dépend donc généralement de l’expression cumulative de plusieurs copies d’un certain gène. Le système CRISPR/Cas9 est parfait pour cette tâche car il peut être conçu pour modifier quelques ou plusieurs copies d’un gène à la fois.
Baskaran Kannan évalue la canne à sucre génétiquement modifiée sur le terrain. Crédit : Uzair Khan
Cette étude s'est concentrée sur SANS LIGULE1ou LG1, un gène qui joue un rôle majeur dans la détermination de l'angle des feuilles de la canne à sucre. L’angle des feuilles, quant à lui, détermine la quantité de lumière qui peut être captée par la plante, ce qui est essentiel à la production de biomasse. Puisque le génome hautement redondant de la canne à sucre contient 40 copies de LG1les chercheurs ont pu affiner l'angle des feuilles en modifiant différents nombres de copies de ce gène, ce qui a donné lieu à des angles de feuilles légèrement différents en fonction du nombre de copies de ce gène. LG1 ont été édités.
« Dans certains des LG1 des cannes à sucre éditées, nous avons simplement muté quelques copies », a déclaré Fredy Altpeter, chef de l'équipe de recherche et professeur d'agronomie à l'Université de Floride. « Et ce faisant, nous avons pu adapter l'architecture des feuilles jusqu'à ce que nous trouvions l'angle optimal permettant d'augmenter le rendement de la biomasse. »
Résultats des essais sur le terrain et implications futures
Lorsque les chercheurs ont cultivé la canne à sucre lors d'essais sur le terrain, ils ont découvert que les phénotypes de feuilles dressées permettaient à plus de lumière de pénétrer dans la canopée, ce qui entraînait une augmentation du rendement de la biomasse. Une ligne de canne à sucre en particulier, qui contenait des modifications dans environ 12 % des LG1 copies et a montré une diminution de 56 % de l'angle d'inclinaison des feuilles, une augmentation de 18 % du rendement en biomasse sèche.
En optimisant la canne à sucre pour capter plus de lumière, ces modifications génétiques augmentent le rendement de la biomasse sans avoir à ajouter davantage d'engrais dans les champs. En plus de cela, l’acquisition d’une meilleure compréhension de la génétique complexe et de l’édition du génome aide les chercheurs à élaborer des approches raffinées pour l’amélioration des cultures.
« Il s'agit de la première publication évaluée par des pairs décrivant un essai sur le terrain de canne à sucre éditée par CRISPR », a déclaré Altpeter. « Et ces travaux montrent également des opportunités uniques pour l'édition de génomes de cultures polyploïdes, où les chercheurs peuvent affiner un trait spécifique. »
Les co-auteurs de cette étude comprenaient des chercheurs du CABBI du Département d'agronomie de l'Université de Floride, Eleanor Brant, Ayman Eid, Baskaran Kannan et Mehmet Cengiz Baloglu.
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