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Agriculture, alimentation, santé publique... soyons rationnels

Modifier des plantes pour détecter des choses dans l'environnement et y répondre

24 Juillet 2019 , Rédigé par Seppi Publié dans #amélioration des plantes, #CRISPR

Modifier des plantes pour détecter des choses dans l'environnement et y répondre

 

Jenna Gallegos*

 

 

Tondeuse à gazon photo: Kevin Doncaster / Flick

 

 

Les plantes ne peuvent pas fuir les prédateurs ni se mettre à l’abri par mauvais temps. Elles doivent dès lors être vraiment douées pour détecter des changements subtils de leur environnement et y réagir. Cela en fait d'excellentes candidates pour des capteurs. Il y a tout un domaine de recherche qui tire parti de la sensibilité des plantes à leur environnement et qui pourrait faire des vagues dans tous les domaines, de la médecine à l’agriculture en passant par la sécurité nationale.

 

Les plantes sont douées. Elles savent quand elles sont attaquées et par quoi. Cette odeur d’herbe fraîchement coupée n’est que la version végétale d’une sirène d'alarme. Et les signaux émis par une blessure mécanique causée par exemple par une tondeuse à gazon sont différents de ceux émis quand une plante est dévorée par un insecte. Leurs réponses sont si spécifiques que les plantes exposées à différents agents pathogènes, voire au même agent pathogène muté, émettront un cocktail différent de substances chimiques en suspension dans l’air.

 

Les substances chimiques libérées quand une plante est menacée servent de signaux de communication qui sont captés par les plantes voisines, et même par des insectes amicaux. Les plantes peuvent également communiquer avec les humains en présentant un signal visible en réponse à un stimulus. Par exemple, des plantes ont été modifiées pour passer du vert au blanc lorsqu’elles sont touchées. Les plantes porteuses du gène de la protéine fluorescente verte issu de méduses peuvent également briller en réponse à des stimuli. Théoriquement, les ingénieurs en génétique peuvent programmer des plantes pour relier une réponse telle que le déverdissage ou la fluorescence à un nombre quelconque de signaux externes. La réponse de la plante peut même être connectée à un moniteur électronique comme un smartphone via des nanoparticules à détection infrarouge.

 

C’est la base des programmes de recherche consacrés à la création de plantes sentinelles. L'Agence pour les Projets de Recherche Avancée de Défense (DARPADefense Advanced Research Projects Agency) de l’armée américaine investit massivement dans le développement de plantes en tant que sentinelles afin de signaler la présence d’explosifs et de pathogènes via le programme Advanced Plant Technologies.

 

L'astuce consiste à amener les plantes à identifier les bons déclencheurs. Elles ont évolué pour réagir à des choses comme les insectes, la lumière du soleil et l’humidité, et non aux bombes ou à l’anthrax. Mais parfois, une molécule à laquelle nous aimerions que les plantes réagissent ressemble à une molécule déjà reconnue. Par exemple, la plante de laboratoire Arabidopsis contient plusieurs gènes activés par la présence de TNT.

 

Ces gènes n’ont probablement pas évolué pour répondre au TNT. Au lieu de cela, ils pourraient être déclenchés par des molécules chimiquement similaires au matériau explosif. Si nous identifions des capteurs qui ont évolué pour répondre à un signal, nous pouvons les ajuster pour en reconnaître un qui est légèrement différent, comme installer une semelle supplémentaire dans une chaussure trop grande. Par exemple, des études ont montré qu’il était possible de modifier les protéines de signalisation bactériennes afin de détecter des explosifs et les agents de guerre biologique potentiels.

Nous développons une immunité contre les virus en fabriquant des anticorps – des protéines qui se lient très spécifiquement à un agent pathogène donné. Nous pourrions par exemple créer des plantes pour produire l'anticorps contre la variole, puis émettre un signal lorsque le virus est présent. Des scientifiques de l’Université du Tennessee ont déjà effectué des travaux préliminaires qui montrent qu’il est possible de concevoir des plantes capables de détecter les agents pathogènes et de réagir par un signal.

 

Dans certains cas, une approche plus vigoureuse peut être nécessaire. Les scientifiques ont montré qu’il était possible de concevoir des protéines dotées de toutes sortes de nouvelles fonctions. Donc, si nous ne pouvons pas trouver un capteur pour une molécule cible dans la nature, nous pourrions en concevoir un et le construire comme avec une imprimante 3D génétique.

 

Et parfois, un capteur n’est même pas nécessaire. Il y a toutes sortes de substances chimiques que les plantes absorbent naturellement de leur environnement. De certaines, comme le formaldéhyde et le chloroforme, nous préférerions nous en passer. Des scientifiques de l’Université de Washington ont montré qu’il était possible de concevoir des plantes pour détoxifier l’air en décomposant les substances chimiques qu’elles absorbent déjà. Pour leur travail, ils ont utilisé un gène de lapin analogue à celui exprimé dans le foie humain.

 

D'autres chercheurs ont montré que les plantes peuvent être modifiées pour augmenter leur capacité naturelle à absorber les métaux lourds afin de détoxifier le sol. Cela signifie que nous pouvons utiliser les plantes non seulement pour signaler des menaces dans notre environnement, mais également pour les combattre.

 

En plus de nous aider, ce sens et cette capacité de réponse pourraient être cooptés pour aider les plantes à s'aider elles-mêmes. Par exemple, il est parfois bénéfique pour une culture d'exprimer des traits uniquement dans certaines conditions. Les plantes modifiées pour résister à la sécheresse, par exemple, donnent généralement de piètres résultats en l'absence de sécheresse. Si ces cultures pouvaient encore être modifiées pour n’activer les caractères de résistance à la sécheresse que lorsqu’elles ressentent une sécheresse, les agriculteurs n’auraient pas à prévoir le temps pour maximiser leur potentiel.

 

Des pansements inspirés des limaces aux panneaux solaires en forme de nid d'abeille, les scientifiques sont constamment inspirés par la nature. Les plantes ont appris à détecter des subtilités de leur environnement bien avant nous et à y réagir. Mais le processus est orchestré de la même manière que l’ensemble des rouages de la vie : par un réseau de gènes. À mesure que nous en apprendrons davantage sur les réseaux de gènes, nous pourrons commencer à en créer des artificiels qui imiteront les systèmes naturels – en empruntant à l'évolution pour transformer les plantes en sentinelles.

 

______________

 

* Source : https://allianceforscience.cornell.edu/blog/2019/06/engineering-plants-sense-respond-environment/

 

 

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M
"Les plantes ne peuvent pas fuir les prédateurs ni se mettre à l’abri par mauvais temps."<br /> Sauf celle-là.<br /> https://www.youtube.com/watch?v=GEQPuekKVTU<br /> "émettront un cocktail différent de substances chimiques en suspension dans l’air."<br /> Un cocktail chimique. Mais que fait génération futur contre ces plantes qui osent utiliser des produits chimiques et en cocktail en plus.<br /> Plus sérieusement, les bénéfices offert par la biotechnologie sont formidables. Dommage que la France soit un pays de pétochards anti-science.
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S
@ Il est là le ‎vendredi‎ ‎26‎ ‎juillet‎ ‎2019‎ ‎10‎:‎00<br /> <br /> Bonjour,<br /> <br /> Merci pour votre commentaire.<br /> <br /> Posons le problème différemment :<br /> <br /> 1. Les médias donnent la parole sélectivement.<br /> <br /> 2. Les chercheurs dignes d'être entendus ne s'expriment pas assez.<br /> <br /> 3. La raison en est en partie qu'ils prendraient des coups… retour au 1.
S
Bonjour,<br /> <br /> Merci pour votre commentaire.<br /> <br /> Que fait GF ? Mais ils ne sont pas de SYNTHESE, ces produits, au sens où l'entendent ces gens…<br /> <br /> Dommage, oui. Mais il nous restera la solution de l'importation des produits qui nous serons indispensables quand nous aurons accepté le caractère indispensable.<br /> <br /> Dommage, oui…
I
Que voulez vous mon cher Max<br /> <br /> En France nous avons de brillants agronomes, de brillants chercheurs en biologie moléculaire et génétique, de brillants chercheurs en biotechnologie... et le public préfère écouter des militants politiques comme les Coquelicots et des chercheurs critiqués par leur communauté comme Christian Vélot. Comment voulez-vous que nous nous en sortions :(
I
Passionnant article qui démontre que les OGM peuvent aider à améliorer notre impact écologique et réparer des dégâts provoqués contre l'environnement. Courage aux scientifiques qui étudient ces OGM, qu'ils ne se laissent pas initimider par les obscurantistes faucheurs volontaires et continuent leurs recherches pour sauver l'Humanité.
Répondre
S
Bonjour,<br /> <br /> Merci pour votre commentaire.<br /> <br /> Mais soyez plus optimistes… l'Humanité n'est pas en danger et n'a pas besoin d'être sauvée… sinon de ceux qui veulent ou prétendent la sauver…<br /> <br /> Lisez Sylvie Brune, Toutes ces idées qui nous gâchent la vie.