La science utilise l'édition de gènes pour développer un riz résistant à la pyriculariose

La science utilise l'édition de gènes pour développer un riz résistant à la pyriculariose

EMBRAPA*

La chercheuse Angela Mehta dans une serre

Photo : Cláudio Bezerra

• L'étude a utilisé le cultivar BRSMG Curinga, lancé en 2005 et remplacé sur le marché après avoir perdu sa résistance à la pyriculariose au fil des ans.

• Elle a identifié un groupe de protéines potentiellement impliquées dans la sensibilité à la maladie et a sélectionné les gènes correspondants pour le knock-out CRISPR.

• La recherche a permis d'obtenir deux lignées de riz résistantes à la pyriculariose, car elles présentent des mutations pour les deux gènes cibles.

• Cette technologie en est encore au stade des essais, mais elle pourrait être commercialisée d'ici quelques années.

L'édition de gènes par la technique CRISPR/Cas9 a été utilisée pour conférer une résistance à la pyriculariose au cultivar de riz BRSMG Curinga dans une étude réalisée par Embrapa Genetic Resources and Biotechnology. Lancé en 2005, le BRSMG Curinga a été remplacé sur le marché après être devenu sensible à la maladie – causée par le champignon Magnaporthe oryzae – au fil des ans. La technologie qui découle de l'inactivation de deux gènes cibles liés à la pyriculariose en est encore au stade des essais, mais elle pourrait être commercialisée dans quelques années.

Selon la chercheuse Angela Mehta, une fois que des cultivars comme le BRSMG Curinga sont mis sur le marché comme étant résistants ou tolérants à la pyriculariose, ils deviennent sensibles en quelques années en raison de la très grande variabilité du champignon. C'est un problème pour la riziculture pluviale et irriguée. L'étude a comparé un génotype de riz sensible à un génotype résistant pour une recherche de protéines qui deviennent plus abondantes dans la plante sensible après que le pathogène l'a infectée.

« Nous avons identifié un groupe de protéines potentiellement impliquées dans cette sensibilité et avons sélectionné les gènes correspondants pour les inactiver [knock out] par CRISPR », déclare Mme Mehta. Le terme « knock-out » signifie la suppression de la fonction d'un gène donné, ce qui entraîne l'arrêt de la production de la protéine fonctionnelle. Pour la chercheuse, cette étude montre également l'importance de la prospection de gènes d'intérêt agronomique à l'aide de techniques omiques (un ensemble d'outils moléculaires qui aident à comprendre les différentes molécules biologiques qui confèrent des fonctionnalités à un organisme, comme la génomique, la transcriptomique, la protéomique et la métabolomique).

Ils ont identifié trois gènes susceptibles de subir un tel knock-out, dont deux ont été validés pendant le doctorat en alternance de M. Fabiano Távora, supervisé par Mme Mehta et réalisé au Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (CIRAD).

La chercheuse Angela Mehta

Photo : Cláudio Bezerra

Inactivation

En inactivant ces gènes dans la variété de riz Kitaake, considérée comme un modèle, M. Fabiano Távora a constaté que les plantes devenaient légèrement plus résistantes à la pyriculariose par rapport à la variété non modifiée. « À son retour de France, nous avons utilisé l'un de ces gènes comme cible et en avons sélectionné deux autres pour créer une combinaison de cibles afin d'inactiver deux gènes à la fois, dans deux constructions différentes du cultivar BRSMG Curinga », explique Mme Mehta. L'étude a permis d'obtenir deux lignées de riz résistantes à la pyriculariose (une pour chaque structure) présentant des mutations pour les deux gènes cibles.

Selon la chercheuse, les mutations de deux gènes ont été effectuées en même temps afin de renforcer la résistance et d'obtenir une meilleure réponse. Elle souligne que les résultats obtenus jusqu'à présent l'ont été en serre, où les lignées ont été confrontées à un isolat du champignon. « L'étape suivante consiste à les confronter à d'autres isolats pour voir si cette résistance se maintient », ajoute-t-elle.

Mme Mehta note également que BRSMG Curinga a été choisi parce qu'il s'agit d'un génotype transformable et qu'il présente des caractéristiques agronomiques plus proches des intérêts des producteurs que les cultivars modèles, tels que Nipponbare et Kitaake. « Ces variétés n'ont pas le niveau d'amélioration pour les hautes terres du Curinga de la variété qui a été adaptée aux conditions du Cerrado brésilien », souligne-t-elle.

Pour la chercheuse, les résultats de la recherche offrent une source importante de résistance génétique à la pyriculariose, contrairement à ce que nous avons aujourd'hui, à incorporer dans les lignées élites, les variétés et même dans les lignées de populations pour la sélection récurrente dans le programme de sélection du riz de l'Embrapa.

L'étude a été menée en partenariat avec les chercheurs Raquel Mello et Adriano Castro, de l'Embrapa Riz et Haricots, dans le cadre d'un projet dirigé par Mme Angela Mehta, financé par l'Embrapa avec le soutien d'un projet Embrapa-Monsanto dirigé par la chercheuse Márcia Chaves, de l'Embrapa Temperate Agriculture.

La pyriculariose

Photo : Raquel Neves

Plantes de riz BRSMG Curinga non éditées montrant des symptômes typiques de la pyriculariose.

La pyriculariose, causée par le champignon Magnaporthe oryzae, est considérée comme la maladie du riz la plus destructrice et est présente dans tout le Brésil. Les pertes sont variables, mais elles sont plus élevées dans les rizières pluviales du centre-ouest du Brésil et peuvent compromettre jusqu'à 100 % du rendement les années d'attaques épidémiques. La maladie s'attaque également à plusieurs graminées communes dans les rizières et les champs de blé.

Les principales sources de contamination primaire sont les semences infectées et les restes de récolte. L'infection secondaire provient des lésions de sporulation sur les feuilles infectées. Tous les stades du cycle de la maladie sont fortement influencés par les facteurs climatiques. En général, il faut des températures élevées (de 25 °C à 28 °C) et une humidité supérieure à 90 %.

Les symptômes sur les feuilles commencent par la formation de petites lésions nécrotiques brunes, qui augmentent de taille et deviennent elliptiques, avec des bords bruns et un centre gris ou blanchâtre. Dans des conditions favorables, les lésions provoquent la mort des feuilles et, souvent, de la plante entière.

Les symptômes caractéristiques des nœuds de la plante sont des lésions brunes qui peuvent aussi affecter les régions de la tige proches des nœuds attaqués. L'infection des nœuds à la base de la panicule (inflorescence de la plante de riz) est connue sous le nom de « collar blast », car une lésion brune entoure la région nodale et provoque l'étranglement de la plante.

La plante peut présenter un rabougrissement (anomalie qui se produit lorsque les grains ne se développent pas correctement). Les panicules deviennent blanchâtres et sont facilement identifiables dans les champs. De nombreuses parties de la panicule, telles que le rachis, les branches primaires et secondaires et les pédicelles, sont également infectées.

Photo : Claudio Bezerra

Lignées de BRSMG Curinga éditées et inoculées avec Magnaporthe oryzae pour vérifier la résistance à la pyriculariose.

Lutte contre la pyriculariose

Actuellement, les dommages causés par la pyriculariose peuvent être réduits en associant l'utilisation de cultivars résistants, de pratiques culturales et de fongicides à la gestion des cultures avec une préparation adéquate du sol ; une fertilisation équilibrée, en évitant une croissance végétative excessive des plantes ; l'utilisation de semences de bonne qualité phytosanitaire et physiologique ; le semis dans une période minimale et dans la direction opposée à celle du vent prédominant ; l'enfouissement des restes de récolte ; une profondeur de semis uniforme ; la densité de semis recommandée pour le cultivar ou le système de production.

D'autres pratiques importantes sont la lutte contre les mauvaises herbes, la destruction des repousses et des plantes malades, un bon nivellement du sol, le maintien d'un niveau d'eau d'irrigation approprié pendant le cycle de la plante, le dimensionnement adéquat des systèmes d'irrigation et de drainage, le changement de cultivars tous les 3 ou 4 ans, l'ensemencement au début de la saison des pluies, l'utilisation de fongicides appliqués dans le traitement des semences et la pulvérisation des parties aériennes de la plante.

La protection contre la pyriculariose des panicules est assurée de manière préventive par la pulvérisation de fongicides systémiques : une application doit avoir lieu à la fin de la montaison et l'autre lorsqu'il y a jusqu'à 5 % d'émission de panicules.

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* Source : Science uses gene editing to develop blast-resistant rice - Portal Embrapa

Ma note : Des lignées de riz résistantes à la pyriculariose ont aussi été mises au point en Europe – voir : « L'Italie lance le premier essai en plein champ de cultures génétiquement éditées ». L'essai en plein champ mis en place en Italie a été vandalisé... dans l'indifférence des politiques et des médias quasi générale – voir « Choc et tristesse après la destruction du premier champ CRISPR en Italie ».