Briser les barrières dans l'amélioration du mil à chandelle : une nouvelle voie pour l'édition génomique à haut rendement

Briser les barrières dans l'amélioration du mil à chandelle : une nouvelle voie pour l'édition génomique à haut rendement

CIMMYT*

Un nouveau système d'édition génomique à haut rendement pour le mil à chandelle contribue à accélérer le développement de variétés résistantes et riches en nutriments, renforçant ainsi l'avenir de la sécurité alimentaire et nutritionnelle dans les régions les plus vulnérables au changement climatique.

Le mil à chandelle est l'une des cultures les plus résistantes au monde et contribue à la sécurité alimentaire et nutritionnelle de plus de 90 millions de personnes en Afrique subsaharienne et en Asie. Sa capacité à résister à la sécheresse, à la chaleur, à la salinité et à la faible fertilité des sols le rend indispensable pour les communautés vivant dans les conditions environnementales les plus difficiles. Malgré son importance, les progrès en matière d'amélioration génétique ont été lents. L'une des principales limites réside dans la difficulté à transformer le mil à chandelle et à le régénérer in vitro, ce qui restreint l'application d'outils modernes tels que l'édition génomique.

Une étude récente présente une avancée majeure qui permet de surmonter ces obstacles. Des scientifiques du CIMMYT, en collaboration avec Corteva Agriscience, ont mis au point un système clair et fiable pour la transformation génétique et l'édition basée sur CRISPR dans le mil à chandelle. Cette avancée ouvre de nouvelles perspectives pour l'amélioration des caractères importants pour la sécurité alimentaire, la nutrition et la résilience climatique.

Pourquoi cette avancée est-elle importante ?

Le mil à chandelle représente près de la moitié de la production mondiale de millet et est de plus en plus reconnu comme une culture stratégique pour l'alimentation humaine et animale. Son grain est sans gluten, riche en nutriments et important pour les populations vivant dans les régions arides. Cependant, la plupart des progrès réalisés à ce jour reposent sur la sélection conventionnelle, car cette culture est difficile à transformer en laboratoire.

Le nouveau système de transformation répond à ce défi de longue date en créant une voie fiable que les chercheurs peuvent utiliser pour accélérer la découverte de caractères et le développement de variétés.

Une méthode de transformation qui fonctionne

L'équipe a utilisé des embryons immatures comme matière première et a identifié des types d'embryons spécifiques qui produisaient systématiquement une forte induction de cals. Ces embryons ont ensuite été exposés à Agrobacterium tumefaciens, qui transportait des constructions d'édition du génome conçues pour modifier avec précision les gènes cibles.

Une innovation centrale a été l'inclusion de deux gènes régulateurs morphogénétiques, WUSCHEL2 et BABY BOOM1. Ces gènes favorisent la régénération des cellules transformées et les aident à se développer en plantes complètes sans provoquer de développement anormal. Cette approche a amélioré la régénération d'autres céréales et offre désormais le même avantage pour le mil à chandelle.

Réalisation d'une édition génétique précise

Deux gènes ont été sélectionnés pour démontrer le bon fonctionnement du système.

• PgFAD2a, qui influence les caractéristiques de l'huile des graines ;

• PgPDS, dont la perturbation crée une rayure blanche visible sur les feuilles.

Les résultats montrent une efficacité d'édition très élevée. PgFAD2a a atteint des niveaux compris entre 78 et 100 % dans les plantes transformées. Les plantes PgFAD2a éditées ont poussé normalement dans des conditions de serre, et les plantes PgPDS éditées ont présenté le motif de feuilles blanches attendu pendant la culture tissulaire.

Suivi des transformants à l'aide de marqueurs fluorescents

Afin d'améliorer la précision de la sélection des tissus transformés, les chercheurs ont incorporé AmCYAN, une protéine fluorescente qui produit un signal clair sous la lumière bleue. Ce marqueur a permis à l'équipe de surveiller les cals et les tissus transformés à chaque stade de développement, réduisant ainsi le nombre de plantes qui semblent transformées mais ne le sont pas. L'article comprend des photographies qui illustrent ce processus.

Chronologie complète de la transformation

Le processus complet de transformation et de régénération dure environ 145 jours. Il comprend :

• L'isolement d'embryons immatures ;

• L'infection et la co-culture avec Agrobacterium ;

• La mise en repos et la sélection à l'aide de la résistance à un antibiotique et de la fluorescence ;

• La régénération des pousses sous lumière contrôlée ;

• Le développement des racines ;

• Le transfert vers des conditions de serre ;

• La confirmation moléculaire des modifications génétiques.

La séquence des étapes est présentée dans les schémas fournis dans l'étude, offrant un flux de travail complet pouvant être adopté par d'autres laboratoires.

Implications pour les systèmes agroalimentaires résilients au climat

Cette recherche jette les bases importantes pour l'amélioration future d'une culture essentielle pour les communautés confrontées au stress climatique. La possibilité de modifier de manière fiable le mil à chandelle permettra aux chercheurs de poursuivre :

• L'amélioration de la qualité nutritionnelle ;

• Une plus grande tolérance à la sécheresse, à la chaleur, à la salinité et à l'acidité du sol ;

• Une résistance accrue aux maladies fongiques ;

• une réduction des défis post-récolte tels que le rancissement de la farine ;

• des processus de sélection plus rapides et plus précis.

En rendant la modification génomique plus accessible pour le mil à chandelle, ces travaux soutiennent le développement de systèmes agroalimentaires plus inclusifs et résilients et renforcent les outils scientifiques disponibles pour répondre aux besoins des agriculteurs.

Une nouvelle ère pour la recherche sur le mil à chandelle

Cette avancée marque un tournant pour la science du mil à chandelle. Elle démontre que les obstacles techniques qui limitent la transformation peuvent être surmontés grâce à une conception optimisée des vecteurs et à des voies de régénération favorables. Grâce à cette nouvelle plate-forme, les scientifiques peuvent accélérer la découverte de caractères qui améliorent la productivité, la nutrition et l'adaptation au climat. En fin de compte, cette étude élargit les possibilités d'amélioration d'une culture qui est essentielle à la sécurité alimentaire et aux moyens de subsistance de millions de personnes.

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* Source : Breaking Barriers in Pearl Millet Improvement: A New Pathway for High Efficiency Genome Editing – CIMMYT