CRISPR : surmonter les obstacles dans la recherche végétale

CRISPR : surmonter les obstacles dans la recherche végétale

Jenna Gallegos*

CRISPR est un outil d'édition de gènes extrêmement puissant qui a déjà fait d'énormes vagues dans la recherche sur les plantes. Nous pouvons potentiellement utiliser CRISPR pour produire des plantes plus résistantes, concevoir des produits d'une manière qui profite directement aux consommateurs et lutter contre le changement climatique. Mais alors que CRISPR est souvent décrit comme du « couper-coller » pour les gènes, le processus réel n'est pas si simple. Les scientifiques sont toujours confrontés à plusieurs obstacles liés à l'utilisation de CRISPR dans la recherche sur les plantes, y compris les obstacles réglementaires.

Modification de nombreux chromosomes à la fois

CRISPR a été découvert à l'origine dans des bactéries, où il a évolué comme mécanisme de défense contre les virus. Nous sommes devenus très bons dans l'utilisation de CRISPR dans ses organismes d'origine et ses proches parents. La mise en œuvre de CRISPR dans des organismes plus complexes avec des génomes plus grands est venue avec son propre ensemble de défis. Alors que les bactéries ont un seul génome circulaire, les génomes d'autres organismes sont constitués en plusieurs chromosomes (23 paires pour l'homme).

Les plantes ont une caractéristique génétique unique qui les rend particulièrement difficiles à modifier. Alors que les humains et la plupart des animaux n'ont que deux exemplaires de chaque chromosome, certaines plantes en ont beaucoup plus. Par exemple, le blé est hexaploïde (6 exemplaires) et les fraises peuvent avoir des nombres d'exemplaires variables jusqu'à 10. Cette caractéristique, appelée polyploïdie, rend les plantes particulièrement difficiles à modifier, car la probabilité de modifier le gène cible dans chaque copie diminue à mesure que le nombre de copies chromosomiques augmente.

Les scientifiques travaillent sur un certain nombre de modifications différentes du flux de travail traditionnel de CRISPR, de sorte qu'il est plus probable que plusieurs copies du même gène soient éditées en même temps. Malheureusement, ces changements sont également susceptibles d'entraîner davantage d'effets hors cible.

Effets hors cible

Un autre défi dans l'utilisation de CRISPR dans toutes les espèces est la gestion des effets hors cible. Des effets hors cible se produisent lorsque des régions supplémentaires du génome, au-delà du gène cible, sont modifiées. Bien que l'étendue et les impacts des effets hors cible aient été largement débattus dans la communauté scientifique, les effets hors cible sont certainement, dans une certaine mesure, une préoccupation.

La question des effets hors cible mérite une discussion distincte pour les plantes car la sélection traditionnelle et mutationnelle – les deux alternatives à l'utilisation de CRISPR dans la recherche sur les plantes – produisent toutes deux une quantité massive de modifications hors cible.

Imaginez qu'un sélectionneur de plantes ait découvert un gène de résistance à une maladie chez une plante sauvage. Afin d'introduire ce gène de résistance dans une plante cultivée de la manière traditionnelle, le chercheur croisera la plante indigène avec la plante cultivée.

Lorsqu'une plante sauvage est croisée avec une plante cultivée, leurs génomes sont mélangés au hasard. Le sélectionneur devra croiser la plante hybride avec le parent de la plante cultivée un certain nombre de fois pour obtenir une plante résistante à la maladies qui ressemble à la plante d'origine. Même alors, des dizaines de changements indésirables et inconnus persisteront.

Comme alternative à ce processus lent, les sélectionneurs exposent souvent la plante cultivée à un produit chimique qui provoque des mutations dans un processus connu sous le nom de sélection mutationnelle. Les chercheurs sélectionneront ensuite la plante mutante résultante qui a le caractère de résistance à la maladie souhaité. Cependant, la plante aura subi de nombreuses autres mutations aléatoires et inconnues.

Alternativement, le sélectionneur pourrait utiliser CRISPR pour modifier la plante cultivée afin qu'elle ait la même résistance génétique à la maladie que le parent indigène. D'autres effets non ciblés peuvent s'être produits, mais les changements seront beaucoup moins fréquents que ceux introduits par la sélection traditionnelle ou mutationnelle. Par conséquent, par rapport aux anciennes méthodes d'amélioration des cultures, CRISPR produit beaucoup moins d'effets hors cible.

Environnement réglementaire

Les changements introduits par CRISPR sont parfois si subtils qu'ils auraient pu se produire naturellement, les rendant indiscernables des mutations naturelles. Pour cette raison, le Département Américain de l'Agriculture (USDA) a choisi de ne pas réglementer les plantes éditées par CRISPR de la même manière que les plantes génétiquement modifiées de manière plus traditionnelle. Cette décision a déjà eu un impact positif sur le volume de recherches liées à CRISPR sur les plantes aux États-Unis.

L'Europe a décidé de réglementer CRISPR de manière très différente. Là, les plantes éditées par CRISPR seront réglementées comme les plantes transgéniques. Dans les plantes transgéniques, un nouvel élément génétique, tel qu'un gène provenant d'une autre plante ou d'une bactérie, ou une copie supplémentaire de l'un des propres gènes de la plante, a été introduit. Bien qu’il soit techniquement possible que des plantes transgéniques surviennent dans la nature, elles sont beaucoup moins probables que la mutation d'un gène de la plante.

Les experts conviennent que cette décision est susceptible d'avoir des effets néfastes sur la recherche sur les plantes fondée sur CRISPR en Europe, et cela a incité les principaux scientifiques et d'autres à appeler à une réévaluation de la décision. De manière remarquable, l'UE réglemente la l'amélioration des plantes mutationnelle avec beaucoup plus de clémence que CRISPR, malgré sa capacité d'induire des changements génétiques plus importants.

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* https://allianceforscience.cornell.edu/blog/2020/01/crispr-overcoming-its-obstacles-in-plant-research/