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L'édition du génome utilisée pour créer un riz résistant à des maladies
Cette découverte permet d'augmenter le rendement d'une culture qui nourrit la moitié de la planète
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Ma note : Derrière ce texte un peu aride, une superbe avancée technologique et, à terme, agronomique et humanitaire.
15 juin 2023
Des chercheurs de l'Université de Californie à Davis et une équipe internationale de scientifiques ont utilisé l'outil d'édition du génome CRISPR-Cas pour créer des plantes de riz résistantes à des maladies, selon une nouvelle étude publiée dans la revue Nature le 14 juin.
Des essais sur le terrain à petite échelle en Chine ont montré que la nouvelle variété de riz, développée grâce à l'édition du génome d'un gène nouvellement découvert, présentait à la fois des rendements élevés et une résistance au champignon responsable d'une grave maladie appelée pyriculariose du riz. Le riz est une culture essentielle qui nourrit la moitié de la population mondiale.
M. Guotian Li, coauteur principal de l'étude, a initialement découvert un mutant connu sous le nom de mutant imitant une lésion alors qu'il travaillait comme chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Mme Pamela Ronald à l'UC Davis. Mme Ronald est coauteur principal et professeur émérite au Département de Pathologie Végétale et au Centre de Génomique.
« Le fait que son équipe ait pu améliorer ce gène, le rendant potentiellement utile pour les agriculteurs, est un grand pas en avant. C'est donc important », a déclaré Mme Ronald.
La découverte a commencé dans le laboratoire de Mme Ronald, qui a créé et séquencé 3.200 souches de riz distinctes, chacune possédant diverses mutations. Parmi ces souches, Guotian en a identifié une dont les feuilles présentaient des taches sombres.
« Il a découvert que cette souche était également résistante à des infections bactériennes, mais qu'elle était extrêmement petite et à faible rendement », explique Mme Ronald. « Ces types de mutants imitant les lésions ont déjà été découverts auparavant, mais ils n'ont été utiles aux agriculteurs que dans quelques cas, en raison de leur faible rendement. »
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La pyriculariose du riz dans une culture de riz californienne (photo UCANR)
Guotian a poursuivi ses recherches lorsqu'il a rejoint l'Université Agricole de Huazhong à Wuhan, en Chine.
Son équipe a utilisé le séquençage et d'autres approches pour isoler le gène lié à la mutation et a utilisé l'édition du génome CRISPR-CAS9 pour recréer le caractère de résistance, identifiant finalement une lignée qui avait un bon rendement et était résistante à trois pathogènes différents, y compris le champignon qui cause la pyriculariose du riz.
Lors d'essais à petite échelle sur des parcelles fortement touchées par la maladie, les nouvelles plantes de riz ont donné un rendement cinq fois supérieur à celui du riz témoin, qui avait été endommagé par le champignon, a indiqué Mme Ronald.
« La pyriculariose est la maladie des plantes la plus grave au monde, car elle touche pratiquement toutes les régions de culture du riz et parce que le riz est une culture très importante », a déclaré Mme Ronald.
Les chercheurs espèrent recréer cette mutation dans les variétés de riz couramment cultivées. Actuellement, ils n'ont optimisé ce gène que dans une variété modèle appelée "Kitaake" qui n'est pas cultivée à grande échelle. Ils espèrent également cibler le même gène dans le blé pour créer un blé résistant à des maladies.
« Beaucoup de ces mutants imitant les lésions ont été découverts et mis de côté en raison de leur faible rendement. Nous espérons que les gens pourront examiner certains d'entre eux et voir s'ils peuvent les modifier pour obtenir un bon équilibre entre la résistance et un rendement élevé », a déclaré Mme Ronald.
M. Rashmi Jain, du Département de Pathologie Végétale et du Centre de Génomique de l'UC Davis, a également contribué à la recherche, tout comme des scientifiques de BGI-Shenzhen, de l'Université Agricole de Huazhong, de l'Académie des Sciences Agricoles de Jiangxi, de l'Université A&F du Nord-Ouest et de l'Académie des Sciences Agricoles de Shandong, en Chine, du Lawrence Berkeley National Laboratory et de l'UC Berkeley, de l'Université d'Adélaïde, en Australie, et de l'Université de Bordeaux, en France.
Les recherches menées dans le laboratoire de Mme Ronald ont été soutenues par la National Science Foundation, les National Institutes of Health et le Joint Bioenergy Institute financé par le Département Américain de l'Énergie.
Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance (L'édition du génome d'une CDP-DAG synthase de riz lui confère une résistance à de multiples agents pathogènes) (Nature)**
Research briefing: Rice gene tamed using genome editing (briefing sur la recherche : un gène de riz maîtrisé grâce à l'édition du génome (Nature)
Crop Genetics Innovation Laboratory
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** Voici le résumé de l'article :
« La découverte et l'application de l'édition du génome ont introduit une nouvelle ère dans l'amélioration des plantes en donnant aux chercheurs des outils efficaces pour l'ingénierie précise des génomes des plantes cultivées. Nous démontrons ici la puissance de l'édition du génome pour l'ingénierie de la résistance à large spectre à des maladies chez le riz (Oryza sativa). Nous avons d'abord isolé un mutant imitant une lésion (LMM) à partir d'une population de riz mutagénisée. Nous avons ensuite démontré qu'une délétion de 29 paires de bases dans un gène que nous avons nommé RESISTANCE TO BLAST1 (RBL1) entraînait une résistance à large spectre à des maladies et que cette mutation entraînait une réduction du rendement d'environ 20 fois. RBL1 code pour une cytidine diphosphate diacylglycérol synthase nécessaire à la biosynthèse des phospholipides. La mutation de RBL1 entraîne une réduction des niveaux de phosphatidylinositol et de son dérivé, le phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PtdIns(4,5)P2). Chez le riz, le PtdIns(4,5)P2 est enrichi dans les structures cellulaires qui sont spécifiquement associées à la sécrétion d'effecteurs et à l'infection fongique, ce qui suggère qu'il joue un rôle en tant que facteur de susceptibilité à la maladie3. En utilisant l'édition ciblée du génome, nous avons obtenu un allèle de RBL1, appelé RBL1Δ12, qui confère une résistance à large spectre à des maladies mais ne diminue pas le rendement d'une variété de riz modèle, comme l'ont montré des essais en plein champ à petite échelle. Notre étude a démontré les avantages de l'édition d'un gène LMM, une stratégie pertinente pour divers gènes LMM et cultures. »
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