Le manioc modifié par édition génomique pourrait aider des millions d'agriculteurs

24 Novembre 2018 , Rédigé par Seppi Publié dans #CRISPR, #Afrique

Devang Mehta*

Sur la base de la couverture médiatique à couper le souffle de la technologie d'édition du génome par CRISPR jusqu'à présent – la fameuse bataille des brevets, les promesses exagérées de bébés sur mesure, les craintes des biopirates urbains devenus fous –, on pourrait penser que CRISPR est une solution du premier monde à des problèmes du premier monde. En effet, le premier produit CRISPR à sortir du laboratoire était un champignon – pas vraiment un aliment de base que l'on trouverait sur la plupart des assiettes dans le monde.

Plus révélateur encore, un géant agricole multinational, DowDuPont, possède désormais le plus important portefeuille de brevets CRISPR, ce qui signifie que la technologie sera d’abord appliquée aux produits de Dow, principalement des grandes cultures comme le maïs, le soja et le canola cultivés dans l’Ouest [ma note : je ne partage pas cet avis, quoique... si les coûts des procédures d'autorisation s'alignent sur ceux appliqués aux plantes issues de la transgenèse, les travaux de recherche se limiteront aux espèces qui peuvent les supporter]. Cette trajectoire commerciale pose la question suivante : la technologie CRISPR est-elle destinée à devenir une technologie avec seulement des applications du secteur privé, bénéficiant uniquement aux personnes vivant dans le Nord ?

Il existe certainement des moyens d’utiliser CRISPR pour aider un plus grand nombre de personnes. Par exemple, dans un article qui vient d’être publié dans Science Advances, mes collègues et moi rapportons que nous avons créé une variété végétale pour montrer comment CRISPR peut être utilisé pour aider les agriculteurs qui travaillent dans certaines des régions les plus pauvres du monde. Notre recherche, dirigée par le premier auteur, le Dr Simon Bull (ETH Zurich, Suisse) et l'auteur principal, le professeur Hervé Vanderschuren (Université de Liège, Belgique), montre que CRISPR peut être utilisé pour améliorer le manioc, dont la racine riche est riche en amidon, que bon nombre de sélectionneurs ont abandonné à cause de son cycle de reproduction difficile. Et contrairement à de nombreuses recherches utilisant CRISPR à ce jour, ces travaux ont été accomplis par un groupe de chercheurs financés par des fonds publics et sans millions de dollars de capitaux privés.

Dans cette étude, notre équipe a édité avec succès le génome de la plante de manioc afin de produire une variété modifiée d'amidon dans ses racines. Le manioc lui-même est une plante avec une histoire intéressante : il est originaire d'Amérique du Sud, où il est cultivé depuis des milliers d'années, mais au XVIe siècle, les commerçants portugais l'ont transporté en Afrique et en Asie du Sud, où cette plante rustique a rapidement trouvé une place dans les cuisines et les économies indigènes. Aujourd'hui, on trouve du manioc dans le monde entier – ses racines tubéreuses sont à l'origine du tapioca et des perles du thé à bulles – et l'amidon qu'il produit est utilisé pour glacer le papier et produire des aliments transformés dans plusieurs pays tropicaux. Plus important encore, la racine de manioc constitue une base intrinsèque de nombreuses cuisines sud-américaines, africaines et asiatiques. Au total, on estime que la racine de manioc nourrit environ un milliard de personnes chaque année.

Malgré sa portée géographique impressionnante, le manioc est cependant resté une plante largement cultivée par des agriculteurs marginaux, souvent pour leur propre subsistance plutôt que pour un gain économique. En ce sens, la trajectoire historique du manioc contraste fortement avec une autre plante américaine riche en amidon, le maïs. Le maïs, grâce à près d’un siècle de sélection, est maintenant le premier fournisseur mondial d’amidon, avec une production annuelle évaluée à plus de 40 milliards de dollars aux États-Unis en 2017.

Une grande partie des raisons pour lesquelles le manioc n’a pas connu d’améliorations génétiques comme le maïs, le blé et le riz tient à sa biologie de la reproduction particulière. Depuis le début des années 1900, la plupart des plantes ont été améliorées génétiquement par reproduction sélective : les plantes présentant les caractères souhaités ont été croisées pour créer de nouvelles variétés de plantes plus performantes. Une condition fondamentale de cette forme de sélection est la capacité de contrôler les cycles de floraison et de pollinisation d’une plante. Mais le manioc ne fleurit pas de manière prévisible, ce qui contrecarre les efforts visant à produire de meilleures variétés. (« Awkward » [au choix : difficile, pénible, malcommode...], c'est ainsi que le Dr Bull décrit sa reproduction.)

Alors que le maïs et les autres espèces ont été améliorés génétiquement, contribuant à la lutte contre les ravageurs et les maladies, le manioc ne l'a pas été – ce qui signifie que les plantes ont dû faire face à de nouvelles maladies et, de plus en plus, au changement climatique, avec les mêmes gènes, ceux qu'elles ont toujours eus. Ainsi donc, le maïs et les pommes de terre sont devenus les principales sources d'amidon industriel de haute valeur, le manioc étant relégué comme l'une des cultures de subsistance – incapable de fournir aux agriculteurs africains un accès aux marchés industriels rentables dont profitent les producteurs de maïs du Mid-west américains, ou les producteurs de pommes de terre en Europe.

Dans notre recherche, nous avons essayé de résoudre ce problème en créant une technique permettant aux sélectionneurs d'améliorer rapidement leurs variétés de manioc, même en une seule génération – ce qui était jusque-là inédit dans l'amélioration des plantes. Premièrement, nous avons modifié génétiquement une plante de manioc pour la faire fleurir beaucoup plus tôt dans son cycle de vie. Pour ce faire, le Dr Bull a introduit dans le génome du manioc un gène appelé FLOWERING LOCUS T (ou FT en abrégé) de la plante modèle Arabidopsis, un parent de la moutarde. Cette approche a très bien fonctionné. Dans les cinq mois suivant la plantation, les plants de manioc conçus pour la première fois dans notre serre ont commencé à produire de petites fleurs blanc rosé, une différence spectaculaire par rapport aux plantes normales qui produisent rarement des fleurs dans la serre.

Dans le même temps, nous avons introduit des mutations spécifiques dans deux gènes responsables de la production d'amidon en utilisant la technologie CRISPR-Cas9. Le résultat a été une plante de manioc avec ce que l’on appelle de l’amidon « waxy » (cireux) dans ses racines. L'amidon cireux est hautement souhaitable dans l'industrie textile et alimentaire, car son profil de gélatinisation est unique. Pour savoir si les mutations ont fonctionné, nous avons extrait des grains d’amidon pur des racines de manioc, les avons colorés avec une solution d’iode et les avons examinés au microscope. Dans le manioc normal, l'amidon devient bleu foncé ou brun ; malgré le traitement à l'iode, nous avons trouvé un spectre brillant de grains d'amidon de couleur claire « cireux » dans les racines des plants de manioc au génome édité.

Étant donné que les plantes au génome éditée portent également le gène codant pour une floraison précoce, elles pourraient être croisées au bout de six mois à peine après la plantation. En sélectionnant dans la descendance, le Dr Bull a trouvé des plants de manioc portant des gènes codant pour l'amidon modifié, mais aucune trace des gènes CRISPR ou du nouveau gène codant pour la floraison précoce qu’il avait introduit dans la plante mère. Les gènes introduits dans les plantes avaient été « éliminés par croisement », ne laissant subsister que les gènes édités.

Cela signifie que, simplement en raison d'un changement dans quelques lettres de l'ADN, ce manioc pourrait produire une nouvelle forme, différente, d'amidon – et ce, sans laisser subsister de traces du processus de génie génétique, pour autant que nous puissions le dire. Et la nouvelle vraiment passionnante est que cette méthode pourrait être utilisée directement pour améliorer un nombre quelconque d'autres caractéristiques du manioc et même des plantes entièrement différentes qui ont également été ignorées par le monde de l'amélioration des plantes. Selon le professeur Vanderschuren, principal scientifique du projet, « ce serait une avancée majeure qui contribuera à ouvrir de nouveaux débouchés, y compris pour les petits producteurs de manioc, grâce à une gestion ouverte et équitable de cette innovation ».

Cette étude est une excellente démonstration de la rapidité avec laquelle les institutions publiques peuvent déployer CRISPR au profit des cultures et des agriculteurs longtemps ignorés par l’industrie des semences. Mais le chemin est encore long, rempli d’obstacles réglementaires, avant que ces plantes puissent atteindre les agriculteurs pour lesquels ces plantes auront été conçues. En dehors des États-Unis, peu de pays ont légalisé la libération de plantes dérivées de CRISPR. Récemment, la Cour de Justice de l'Union Européenne, dans une décision largement critiquée par des scientifiques, a déclaré que les plantes dérivées de CRISPR seraient soumises aux mêmes réglementations restrictives que les plantes génétiquement modifiées. (Vous pouvez en savoir plus sur le débat autour des OGM ici.) Jusqu'à cette décision, les scientifiques avaient espéré que les régulateurs européens considéreraient que les plantes éditées par CRISPR ne contenant pas d'« ADN étranger » – c'est-à-dire d'une autre espèce – ne sont pas « génétiquement modifiées », ce qui permet une diffusion plus rapide auprès des agriculteurs. Malheureusement, la Cour a jugé que le produit de toute modification du génome d’une plante « d’une manière qui ne se produit pas naturellement » devrait être considérée comme un OGM. De manière encore plus déconcertante, cette décision autorise l'amélioration par mutation, une méthode plus ancienne et moins précise pour la modification du génome impliquant des radiations et des produits chimiques mutagènes. Cette logique bizarre exige que la technologie de modification du génome ait fait ses preuves en matière de sécurité, mais elle ne permet pas aux nouvelles technologies d’établir un bilan de sécurité.

Les scientifiques européens savent que cette décision sonne le glas de la technologie CRISPR dans l’agriculture sur leur continent. Je crains que si les pays africains suivent et adoptent la même interprétation juridique, nos plants de manioc ne verront jamais le jour, privant nos collègues du Sud de cette technologie. Entre-temps, Vanderschuren a dit qu’il « travaille en étroite collaboration avec des institutions situées dans des pays où le manioc est une culture de base », afin de transformer cette technologie en variétés de manioc adaptées aux conditions locales grâce à des programmes de sélection nationaux – dans l'hypothèse où les gouvernements africains ne décident pas d'interdire eux aussi l'édition de gènes CRISPR.

Il convient de souligner que ces plants de manioc à amidon waxy n’ont pu être développés qu’en utilisant à la fois le génie génétique et les technologies CRISPR. Et pourtant, ils ne contiennent pas de « gènes étrangers » dont les régulateurs ont si peur. En tout cas, cette étude montre clairement que les distinctions entre la technologie des OGM et celle des non-OGM perdent leur sens lorsque nous pouvons utiliser à la fois le génie génétique et l'édition du génome pour produire ce qui est – du moins biologiquement – un produit non OGM. Pour les agriculteurs de subsistance qui cultivent le manioc aujourd'hui, les distinctions juridiques entre l'édition du génome, l'amélioration par mutation et les OGM sont beaucoup moins importantes que la possibilité de soutenir leurs familles. Je ne peux qu'espérer que les régulateurs d'Afrique et d'Asie tiennent compte de ce message et adoptent de nouvelles technologies de sélection comme la nôtre.

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* M. Devang Mehta est chercheur en génomique à l'Université de l'Alberta. Voir aussi « Les périls de la recherche sur les OGM : un scientifique s'exprime ». Formé en Suisse... parti au Canada...

Cet article est d'abord paru sur Massivesci.com sous Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives 4.0 License.

Source : https://allianceforscience.cornell.edu/blog/2018/09/gene-edited-cassava-help-millions-farmers/

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