Bientôt du « super-riz » ?

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Alors que les plantes convertissent la lumière du soleil en sucre, leurs cellules jouent avec le feu. La photosynthèse génère des sous-produits chimiques qui peuvent endommager la machinerie de conversion de la lumière elle-même – et plus le temps est chaud, plus le processus risque de s’emballer car certaines réactions chimiques s’accélèrent et d’autres ralentissent. Maintenant, une équipe de généticiens a conçu des plantes pour mieux réparer les dommages causés par la chaleur, une avancée qui pourrait aider à préserver les rendements des cultures car le réchauffement climatique (?) rendra les vagues de chaleur plus courantes. Et sans une surprise, ce changement a rendu les plantes plus productives à des températures normales.

« C’est une nouvelle passionnante », explique Maria Ermakova de l’Université nationale australienne, qui travaille à l’amélioration de la photosynthèse. La modification génétique a fonctionné dans trois types de plantes – une moutarde (Arabidopsis thaliana) qui est le modèle de plante de laboratoire le plus courant, le tabac et le riz, suggérant que n’importe quelle plante cultivée pourrait être aidée. Le travail a détourné la sagesse conventionnelle des scientifiques de la photosynthèse, et certains biologistes des plantes se demandent exactement comment le gène ajouté produit des avantages. Pourtant, Peter Nixon, biochimiste des plantes à l’Imperial College de Londres, prévoit que l’étude « attirera une attention considérable ».

Lorsque les plantes sont exposées à la lumière, un complexe de protéines appelé photosystème II (PSII, un complexe d’une vingtaine de protéines, de pigments et de manganèse) dynamise les électrons qui aident ensuite à alimenter la photosynthèse ( lien en fin de billet en anglais et illustration ci-dessus). Mais la chaleur ou la lumière intense peuvent endommager une sous-unité clé, connue sous le nom de D1, interrompant le travail du PSII jusqu’à ce que la plante en fabrique et en insère une nouvelle dans le complexe. Les plantes qui produisent du D1 supplémentaire devraient aider à accélérer ces réparations. Les chloroplastes, les organites qui hébergent la photosynthèse, ont leur propre ADN, y compris un gène codant pour la protéine D1, et la plupart des biologistes ont supposé que la protéine devait être fabriquée dans le chloroplaste. Mais le génome chloroplastique est beaucoup plus difficile à modifier que les gènes du noyau d’une cellule végétale.

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Une équipe dirigée par le biologiste moléculaire des plantes Fang-Qing Guo de l’Académie chinoise des sciences a parié que le D1 fabriqué par un gène nucléaire pourrait tout aussi bien fonctionner – et être rendu plus efficace – car sa synthèse dans le cytoplasme au lieu du chloroplaste serait protégée des sous-produits corrosifs des réactions photosynthétiques. Guo et ses collègues ont testé l’idée dans la moutarde Arabidopsis thaliana. Ils ont pris son gène chloroplastique codant pour D1, l’ont couplé à une séquence d’ADN qui s’allume pendant le stress thermique et l’ont déplacé vers le noyau.

L’équipe a découvert que les semis modifiés d’Arabidopsis pouvaient survivre à une chaleur extrême en laboratoire – 8 heures et demi à 41 ° C – qui a tué la plupart des plantes témoins. Le même gène d’Arabidopsis protégeait également le tabac et le riz. Dans les trois espèces, la photosynthèse et la croissance ont diminué moins que dans les plantes témoins survivantes à un strress de température. Et en 2017, lorsque Shanghai a dépassé 36 ° C pendant 18 jours, le riz transgénique planté dans des parcelles d’essai a donné 8 à 10% de céréales de plus que les plantes témoins. Le choc thermique a ressemblé à ce qui s’est passé à des températures normales. Les plantes modifiées des trois espèces avaient une meilleure photosynthèse – le taux de photosynthèse du tabac a augmenté de 48% – et elles ont montré une croissance supérieure à celles des plantes témoins. Au champ, le riz transgénique a produit jusqu’à 20% de céréales en plus. «Cela nous a vraiment surpris», dit Guo. «Je sentais que nous avions attrapé un gros poisson.»

Le chercheur vétéran en photosynthèse Donald Ort de l’Université de l’Illinois, Urbana-Champaigne, a déclaré que le groupe présentait des preuves crédibles des avantages de la plante, mais il n’était pas encore convaincu que le D1 fabriqué par les gènes nucléaires aurait pu réparer le PSII dans le chloroplaste. «Tout ce qui est potentiellement important va susciter un certain scepticisme. Il y a beaucoup d’expériences à faire pour comprendre pourquoi cela fonctionne », a-t-il dit.

Guo prévoit de nouveaux tests du mécanisme. Il a également un objectif pratique : une augmentation plus importante du rendement du riz. Le gain de productivité que son équipe a constaté chez Arabidopsis modifié était la plus grande des trois espèces – 80% de biomasse de plus que les témoins – peut-être parce que les chercheurs ont simplement déplacé le propre gène D1 d’Arabidopsis. Guo pense que le rendement du riz pourrait également augmenter s’il pouvait être modifié avec son propre gène chloroplastique plutôt que celui de la moutarde, ce qui « réchaufferait encore plus ces résultats déjà très chauds ».

https://www.nature.com/articles/s41477-020-0629-z

Lire aussi : https://en.wikipedia.org/wiki/Photosystem_II

L’outil CRISPR-cas9 : un espoir pour sauver les bananes ?

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La course à l’ingénierie génétique de la banane de nouvelle génération est lancée. Le gouvernement colombien a confirmé le mois dernier qu’un champignon destructeur de bananes avait envahi les Amériques – la source d’une grande partie de l’approvisionnement mondial en bananes. L’invasion a provoqué une nouvelle urgence aux efforts pour créer des fruits qui peuvent résister au fléau.

Les scientifiques utilisent plusieurs approches expérimentales pour sauver la banane. Une équipe australienne a inséré un gène de résistance de bananier sauvage dans la variété commerciale la plus connue – la Cavendish – et teste actuellement ces bananes modifiées au cours d’essais sur le terrain. Les chercheurs se tournent également vers le puissant et précis outil d’édition de gènes CRISPR pour renforcer la résilience de la Cavendish contre ce champignon, connu sous le nom de Fusarium wilt tropical race 4 (TR4) et provoquant la mort des bananiers, maladie initialement appelée maladie de Panama.

La reproduction de la résistance au TR4 dans le Cavendish en utilisant des méthodes conventionnelles (sélection d’hybrides) n’est pas possible car la variété est stérile et se propage par clonage. Ainsi, la seule façon de sauver la Cavendish pourrait être de modifier son génome, explique Randy Ploetz, phytopathologiste à l’Université de Floride à Homestead. La variété Cavendish représente 99% des exportations mondiales de bananes.

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James Dale, biotechnologue à l’Université de technologie du Queensland à Brisbane, en Australie, a commencé à recevoir des demandes de renseignements sur ses bananes génétiquement modifiées (GM) en juillet, alors que les premières rumeurs montraient que TR4 avait atteint la Colombie. Ensuite, la Colombie a déclaré une urgence nationale, affirme Dale, « car la menace est immense. »

Une alternative séduisante

Ce n’est pas la première fois qu’une variété de banane commerciale est menacée d’extinction. Dans la première moitié des années 1900, une autre souche du champignon Fusarium appelée TR1 a presque anéanti la meilleure banane de l’époque, la Gros Michel. Mais les agriculteurs avaient un renfort dans la Cavendish, qui était résistante au TR1, assez ferme pour résister à la manipulation pendant l’exportation et avait une texture et un goût largement acceptables. Dans les années 1960, de grands producteurs de bananes comme Chiquita, maintenant basés à Fort Lauderdale, en Floride, se tournaient vers la Cavendish.

Cette fois-ci il n’y a pas d’alternative facile. Rodomiro Ortiz, généticien des plantes à l’Université suédoise des sciences agricoles d’Alnarp, dit qu’aucune espèce de bananier naturelle n’a les qualités qui ont rendu la Cavendish si populaire et la capacité de résister au TR4.

Et le champignon est un adversaire coriace. Il ne peut pas être tué avec des fongicides, et il peut persister dans le sol sous forme de spores jusqu’à 30 ans. Cela a permis au TR4 de se répandre lentement dans le monde, probablement en faisant de l’auto-stop sur du matériel contaminé ou dans le sol. La souche a commencé à détruire les cultures de bananes dans les années 1990 en Asie avant d’envahir l’Australie et les pays du Moyen-Orient et de l’Afrique. Maintenant, TR4 est dans les Amériques, et les chercheurs disent que la Cavendish pourrait s’éteindre complètement au cours des prochaines décennies à moins qu’ils ne puissent modifier cette variété pour la rendre résistante au champignon.

L’équipe de Dale s’est concentrée sur la modification des plantes de Cavendish en insérant un gène de la banane sauvage Musa acuminate malaccensis qui confère une résistance au TR4. Après avoir publié des résultats prometteurs en 2017 à partir d’un petit essai sur le terrain, Dale a commencé une étude plus vaste il y a 15 mois. Dale et ses collègues ont planté des Cavendish transgéniques sur un demi-hectare de terrain infesté de TR4 dans le nord de l’Australie. Les bananes transgéniques se portent bien, dit Dale, tandis qu’environ un tiers des bananes régulières qu’il a plantées à des fins de comparaison sont infectées par le champignon.

Il prévoit de demander aux régulateurs australiens l’autorisation de commercialiser cette banane transgénique Cavendish après la fin de l’étude en 2021. Mais il est impossible de prédire si les autorités donneront leur feu vert, ni combien de temps pourrait durer la procédure d’approbation.

Même si la banane transgénique de Dale obtient l’approbation, la commercialisation pourrait être un problème. Les cultures génétiquement modifiées ont longtemps été confrontées à des pressions publiques dans le monde entier, en particulier en Europe. «Dale possède maintenant d’excellentes bananes qui semblent presque immunisées contre le TR4», explique Ploetz. « Mais la question de savoir si les consommateurs achèteront ce produits est un autre problème. »

Transformer des bananes avec CRISPR

Dans une tentative de rendre les bananes biotechnologiques plus agréables au goût pour les régulateurs, Dale édite également le génome de Cavendish avec CRISPR pour augmenter sa résilience au TR4, au lieu d’insérer des gènes étrangers. Plus précisément, il essaie d’activer un gène dormant dans la Cavendish qui confère une résistance à TR4 – le même gène qu’il a identifié chez M. acuminate var malaccensis. Mais le travail en est encore à ses débuts. « Il faudra encore quelques années avant que ceux-ci ne soient mis sur le terrain pour des essais« , explique Dale.

D’autres chercheurs utilisent CRISPR pour renforcer les défenses de la Cavendish de différentes manières. Leena Tripathi, biologiste moléculaire à l’Institut international d’agriculture tropicale de Nairobi, au Kenya, utilise l’outil d’édition de gènes pour supprimer les gènes Cavendish qui semblent rendre la plante vulnérable au TR4. Jusqu’à présent, elle n’a édité que du tissu Cavendish en laboratoire. La prochaine étape consistera à faire pousser les tissus en jeunes plants (illustration), puis à voir si les plantes survivent à l’exposition au TR4. Des chercheurs philippins ont proposé d’aider à tester la Cavendish édité par Tripathi dans leur pays; TR4 y est présent, mais pas au Kenya.

Enfin une start-up biotechnologique, Tropic Biosciences à Norwich, au Royaume-Uni, essaie d’utiliser CRISPR pour renforcer le système immunitaire de la Cavendish. Toutes les plantes produisent des petits brins d’ARN qui contrôlent l’activité de certains de leurs propres gènes. Et des études récentes suggèrent que certains de ces brins d’ARN peuvent parfois supprimer les gènes des agents pathogènes, paralysant ainsi les envahisseurs. Il s’agit d’un processus naturel d’interférence ARN. La société de biotechnologie utilise CRISPR pour modifier les brins d’ARN dans la Cavendish afin qu’ils réduisent au silence les gènes dans TR4.

Mais on ne sait pas comment les régulateurs du monde entier accueilleront les bananes modifiées par génie génétique. En 2016, le département américain de l’Agriculture a décidé de ne pas réglementer un champignon de consommation courante dont le génome a été édité à l’aide de CRISPR, suggérant qu’il pourrait traiter les bananes éditées de manière similaire. De surcroit les gouvernements de Colombie, du Chili, du Brésil, du Japon et d’Israël ont publié des déclarations officielles indiquant qu’ils pourraient également être indulgents avec les cultures éditées par CRISPR. L’Union européenne a toutefois déclaré qu’elle évaluerait les cultures modifiées génétiquement aussi strictement que les autres aliments génétiquement modifiés.

Ortiz soutient les efforts d’ingénierie des chercheurs, mais il met en garde contre le fait de se concentrer uniquement sur une solution biotechnologique au fléau rampant des bananes. Il y a plus d’un millier d’autres types de bananes en dehors de la Cavendish, dit-il. Ils ne produisent pas des rendements aussi élevés que ceux de la Cavendish, peuvent être expédiées facilement et ont à peu près les mêmes propriétés organoleptiques, et Ortiz dit que les entreprises commerciales de bananes pourraient essayer de créer un marché pour ces variétés alternatives. « Nous devons exploiter la diversité disponible« , dit-il, « et avoir une campagne de marketing qui dit que vous pouvez profiter de la banane par d’autres moyens.« 

Inspiré d’un article publié sur le site de l’hebdomadaire scientifique Nature.

Autres liens à propos des régulations : https://www.nature.com/articles/d41586-018-05814-6

https://www.nature.com/news/gene-edited-crispr-mushroom-escapes-us-regulation-1.19754

Relire aussi sur ce blog : https://jacqueshenry.wordpress.com/2017/11/20/un-immense-espoir-pour-sauver-la-banane/

https://jacqueshenry.wordpress.com/2016/01/15/vers-une-disparition-des-bananiers/

Des peupliers génétiquement modifiés « écolos » !

Le peuplier est un arbre à croissance rapide utilisé pour fabriquer des emballages (de moins en moins), certains contre-plaqués et aussi, et surtout, pour faire du papier. Comme tous les arbres le peuplier fleurit au printemps. Or la floraison, du point de vue du propriétaire d’une plantation de peupliers, est inutile. Les biologistes ont séquencé l’ADN du peuplier en 2006 et cet arbre eut donc le privilège d’être le premier à révéler les secrets de son métabolisme. Depuis il est une plante de laboratoire très étudiée. Au cours des décennies passées les laboratoires nationaux français de recherche agronomique (INRA) mirent au point un peuplier qui ne fleurissait pas en « éteignant » les gènes impliqués dans le processus de floraison dans le but de prouver que la floraison retardait globalement la croissance de l’arbre. Las ! Les organisations opposées aux plantes génétiquement modifiées (OGM) firent le ménage dans les plantations expérimentales en plein-champ. Des millions d’euros provenant du porte-monnaie des contribuables furent ainsi gaspillés au nom de la cause écologiste soutenue par des activistes détestables comme José Bové avec sa clique de faucheurs d’OGMs. L’INRA, dont la direction est envahie d’écologistes (l’INRA s’appelle maintenant INRAE : Institut Nationale de Recherche en Agronomie et Environnement), interdit donc toute modification génétique de quelque plante que ce soit et dans quelque but que ce soit. Ainsi la France a choisi le camp de l’obscurantisme et a perdu le rôle majeur qu’elle jouait à la fin des années 1990 dans le domaine de la modification génétique des plantes mais aussi, ce qui est beaucoup plus grave elle a perdu son expertise dans ce domaine.

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Aux Etats-Unis il n’existe pas ce genre de mouvements écologistes, encore qu’il faille être prudent quant aux motivations profondes d’un organisme financier comme BlackRock qui vient officiellement de se désengager des compagnies impliquées dans les énergies carbonées fossiles, mais c’est une autre histoire. Pour la modification génétique des arbres les biologistes de l’Université d’Arizona à Tucson avec la collaboration étroite du Helmholtz Zentrum de Münich en Allemagne ont trouvé un stratagème pour s’affranchir complètement de toute attaque idéologique concernant leurs travaux sur le peuplier. Le peuplier entre en effet dans la panoplie des matières premières pour produire des bio-combustibles mais cet arbre, comme beaucoup d’autres espèces telles que par exemple l’eucalyptus, produit de l’isoprène, un métabolite volatil qui protège la plante contre les stress hydrique ou thermique. L’ensemble du monde végétal produit chaque année environ 600 millions de tonnes d’isoprène qui se retrouvent dans l’atmosphère alors que l’industrie chimique n’en produit que 800000 tonnes. C’est dire l’importance de tenter de construire génétiquement des peupliers qui ne produisent pas d’isoprène. Là où l’astuce a permis à ces biologistes de s’affranchir de toute attaque idéologique de la part des protecteurs de l’environnement réside dans le fait que l’isoprène est aussi « mauvais » pour le climat que le méthane …

Pour arriver à leurs fins les biologistes ont utilisé la technique dite d’ « interférence ARN » qui rend silencieuse l’expression des gènes ciblés au niveau de la traduction en protéine des ARNs permettant la synthèse de ces dernières. Parmi un grand nombre de candidats de souches de peupliers ainsi transformés pour ne plus exprimer l’enzyme final de la synthèse de l’isoprène quelques-uns ont été sélectionnés pour leurs propriétés végétatives satisfaisantes ont donc été choisis pour des essais plain-champ qui ont duré plus de 8 années. Les résultats de ces travaux sont satisfaisants et la croissance des arbres n’est pas affectée par l’absence d’isoprène comme l’indique la figure ci-dessous qui compare les émissions d’isoprène et la photosynthèse où CN est un peuplier témoin non modifié en regard des lignées modifiées.

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On peut pronostiquer que les idéologues qui combattent pour la préservation du climat seront satisfaits et que ceux parmi ces idéologues qui combattent les plantes génétiquement modifiées devront se rendre à l’évidence : la modification génétique des plantes présente des atouts qu’il n’est pas possible de nier. Le projet de l’INRA de produire des peupliers incapables de fleurir aurait pu entrer dans cette catégorie puisque leur croissance accélérée, sur le papier puisqu’aucun essai plein-champ de longue durée n’a pu être réalisé, aurait permis de prouver que la fixation de carbone était également améliorée, ce qui en son temps aurait satisfait les écologistes. La morale de cette histoire est que l’idéologie stupide des écologistes qui a envahi tous les niveaux du pouvoir en France a conduit et continuera à conduire à des aberrations économiques que la science, la vraie science et elle seule aurait pu améliorer.

Source et illustrations, PNAS : http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1912327117 aimablement communiquée par le premier auteur de la publication qui est vivement remercié ici.

 

 

 

Crise climatique : les délires de certains biologistes.

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Il existe une limite à la capture de l’oxygène par les plantes et les algues, dont le plancton photosynthétique, il s’agit du fonctionnement même de la RUBISCO. Pour rappel cet enzyme (illustration), le plus abondant sur la Terre, catalyse la fixation du CO2 sur une molécule de ribulose-1,5-bisphosphate pour former par clivage subséquent deux molécules de 3-phosphoglycérate. Il s’agit du cycle dit de Calvin. Or l’un des plus puissants inhibiteurs de cet enzyme est l’oxygène. Les maraîchers qui travaillent sous serre connaissent l’astuce pour que la RUBISCO fonctionne mieux, il suffit de pratiquer les cultures sous atmosphère enrichie en CO2 et les plantes apprécient, mais le climat – paraît-il – n’apprécie pas … De nombreux laboratoires de par le monde tentent de modifier cet enzyme pour en améliorer le fonctionnement dans le but de « décarboner » plus efficacement l’atmosphère en ces temps de crise climatique aigüe dont il est « urgent » de trouver une solution quitte à y laisser non pas notre peau mais notre porte-monnaie. Des millions de dollars sont engloutis dans diverses recherches mais pour l’instant et à ma connaissance il n’existe toujours pas de résultats significatifs au sujet de la RUBISCO.

Une autre direction pour obliger les plantes à mieux fixer le carbone atmosphérique est soit de les modifier génétiquement pour pousser plus vite, soit de modifier leur métabolisme de base pour qu’elles accumulent plus de matière carbonée. L’INRA en France avait mis au point un peuplier dont la croissance était environ 30 % plus rapide mais des commandos d’écologistes bornés ont détruit les essais plein-champ de ces arbres transgéniques sous le prétexte fallacieux que c’était mauvais pour l’environnement. Les hautes instances qui infléchissent les décideurs politiques au sujet du combat contre le CO2 ont finalement reconnu que mettre au point des arbres génétiquement modifiés était une idée lumineuse, tant pis pour les écolos irrédentistes qui ont contraint l’INRA d’abandonner ce projet financé par les impôts des contribuables français.

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Modifier sinon orienter les plantes à stocker plus de produits carbonés qu’elles en ont besoin est une autre approche qui a été choisie par le laboratoire de botanique du Salk Institute dirigé par le Docteur Joanne Chory qui s’est reconvertie à l’ingénierie végétale après avoir sévi dans la recherche sur la maladie de Parkinson. À vrai dire la biologie englobe tout le monde vivant, je suis passé moi-même sans problème des animaux aux plantes sans encombre … L’approche choisie est d’obliger les plantes à produire plus de subérine qu’elles en ont réellement besoin et de stocker ce produit dans leurs racines. Ainsi, pense le Docteur Chory, le carbone sera alors séquestré définitivement. Le laboratoire de cette éminente chercheuse vient d’être doté d’une subvention de 35 millions de dollars par le gouvernement américain et diverses associations pour développer des travaux dans cette direction. La subérine est un constituant de l’épiderme des plantes avec la cutine et les lignines. C’est une matière particulièrement abondante dans l’écorce du chêne liège (Quercus suber) d’où son nom. Il s’agit d’un assemblage complexe hautement hydrophobe qui permet à la plante de réguler dans ses racines les flux entrants et sortants de l’eau.

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L’écorce de la partie aérienne des plantes est essentiellement constituée de subérine associée de manière complexe à la lignine. La subérine forme des empilement de lamelles elles-mêmes issues d’un empilement sophistiqué d’acides gras estérifiés avec des acides caféiques, coumariques ou féruliques. Cet ensemble est enfin relié par des « ponts » de glycérol à la structure également très complexe poly-aromatique des parois cellulaires. Autant dire que tenter de modifier tout ce pan du métabolisme végétal relève de la fiction. Peut-être connait-on quelques-uns des enzymes impliqués dans cette voie de biosynthèse mais déréguler l’un ou l’autre de ces derniers pourrait tout simplement conduire à des catastrophes comme par exemple la formation de tumeurs ou encore l’asphyxie de la plante et plus particulièrement des racines puisqu’il s’agit du but ultime de ces travaux, certes ambitieux, mais totalement surréalistes.

L’illustration ci-dessus issue du Salk Institute est un concentré de mauvaise foi, un pamphlet pour obtenir le maximum de subventions pour des travaux de recherche qui n’aboutiront jamais. Il serait plus approprié de revenir aux travaux de l’INRA maintenant abandonnés, la direction de cet organisme étant complètement caviardée par un escouade de gauchistes écologistes qui ne veulent plus entendre parler de modifications génétiques des plantes. Et pourtant un jour prochain, si on veut efficacement infléchir le métabolisme des plantes de manière raisonnée afin que ces dernières captent encore plus de CO2, seule l’ingénierie génétique constituera l’approche incontournable pour satisfaire les instances dirigeantes mondiales qui veulent combattre le CO2.

Source et illustrations : Salk Institute via Foreign Policy

Les plantes se défendent elles-mêmes contre les ravageurs, et c’est très sophistiqué !

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Le gazon fraichement tondu dégage une odeur particulière, un mélange d’acide abscissique et de jasmonate de méthyle (structure ci-dessus) que beaucoup de parfumeurs ont tenté d’incorporer à leurs savants mélanges de senteurs sans grand succès commercial. L’acide abscissique stimule le processus de cicatrisation de la plante coupée et sert également de répulsif pour les insectes et les champignons pathogènes. L’ester, le jasmonate, est volatil et désoriente les insectes prédateurs mais cette stratégie n’est pas toujours gagnante malheureusement pour la plante : c’est la dure loi de la nature. Pour comprendre comment la plante se défend des biologistes de l’Université du Wisconsin à Madison ont étudié ce qui se passait avec des plants de tomates quand ils les infestaient avec des chenilles Spodoptera exigua (illustration) que tous les jardiniers redoutent. L’expérience en elle-même fut très simple. Avant que les chenilles commencent à se nourrir sur la plante l’expérimentateur vaporisait une solution de jasmonate de méthyle à différentes concentrations sur celle-ci. Les chenilles, animées d’un appétit féroce et en quelque sorte perturbées par la présence de cette molécule chimique se livraient alors à un cannibalisme en règle pour le plus grand bénéfice de la plante, naturellement.

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Cette étude toute simple révèle que la plante dispose d’outils de défense sophistiqués en partie induits par le jasmonate excrété par la plante elle-même. Reste à déterminer quel est le mécanisme chimique secondaire que développe la plante pour se défendre efficacement et éventuellement identifier les composés chimiques qui constitueraient un excellent insecticide pour combattre les assauts de chenilles souvent dévastatrices pour les cultures maraîchères à ciel ouvert. La partie n’est cependant pas gagnée car l’identification de telles molécules chimiques requiert de la patience et un équipement analytique très sophistiqué en particulier si ces composés ne sont pas volatils et ne sont présents qu’en quantités infimes. À suivre

Source : Nature en accès libre, doi : 10.1038/s41559-017-0231-6

OGMs : oui ou non ?

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Le Docteur Stefan Jansson sort de l’ordinaire. Cet universitaire suédois spécialisé dans la « génomique » des plantes a mangé cet été, pour la première fois au monde, des choux modifiés génétiquement avec l’outil CRISPR-cas9 au sujet duquel j’ai déjà disserté longuement dans ce blog. Travaillant à l’Université d’Umeå en Suède, il a « osé » planter dans son jardin personnel ces choux dont l’ADN avait été intentionnellement modifié pour finalement les déguster avec des tagliatelles. Une véritable insulte pour les écologistes qui sont, pour des raisons irrationnelles, opposés à toute forme de manipulation du génome des plantes. Et il a trouvé que le goût de ces choux était indiscernable de celui des choux « normaux ». Rassurez-vous il n’a pas eu d’indigestion et n’a pas ressenti d’angoisses métaphysiques ni aucun trouble psycho-moteur …

Il faut ici mentionner que les essais en plein champ des plantes génétiquement modifiées sont autorisés en Suède malgré les interdictions européennes concernant non seulement ces essais en plein champ mais également la culture de ces dernières à des fins commerciales. Cet acte de bravoure largement diffusé par la presse et les médias suédois a eu pour but de sensibiliser l’opinion au sujet du CRISPR-cas9. La raison évidente est que la modification de l’ADN de ces choux n’avait pas pour but d’introduire un gène étranger dans la plante mais de simplement modifier l’expression d’un gène de cette plante. Il aura donc fallu cet acte de bravoure du Docteur Jansson pour ouvrir un débat public au sujet du non-sens de l’interdiction des plantes génétiquement modifiées par les instances politiques fortement imprégnées d’idéologie écologiste.

Prenons donc pour illustrer le débat qui va émerger à coup sûr au sujet du CRISPR-cas9 comme outil de modification génétique l’exemple des plantes de grande culture résistantes au glyphosate. La construction d’ADN qui a permis à la firme Monsanto d’obtenir un maïs (Mon802) résistant à l’herbicide glyphosate était plutôt complexe et incluait des gènes étrangers dont un gène de résistance à l’antibiotique kanamycine permettant de sélectionner les plantes transformées au laboratoire. La résistance au glyphosate était basée sur l’introduction de multiples copies du gène codant pour la cible de l’herbicide, en l’occurence l’EPSP synthase, afin de rendre la plante moins sensible au glyphosate. Ces copies étaient (et le sont toujours) incorporées complêtement au hasard dans le génome du maïs. La technique utilisée il y a maintenant une trentaine d’années paraît aujourd’hui totalement obsolète. Modifier judicieusement le promoteur du gène de l’EPSP synthase à l’aide du CRISPR-cas9 est tout à fait possible et le Mon802 nouvelle version sera-t-il considéré comme une plante génétiquement modifiée ?

Voilà la question centrale que vient de soulever le Docteur Jansson car l’outil CRISPR-cas9 permet dans ce cas précis de ne plus pouvoir être capable, du moins pour les autorités de régulation, de faire une quelconque différence entre une plante dite « sauvage » et une plante génétiquement modifiée à l’aide de cet outil. Tout débat au sujet des OGMs devient donc caduque ! Combien faudra-t-il d’années pour que les écologistes finissent par comprendre que leur opposition aux OGMs n’a plus lieu d’être ?

Source : Umeå Universitet News desk

Illustration : Docteur Jansson

Les lichens : une symbiose à trois partenaires

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Le propre de la science et de ses acteurs est de douter. La science a pour but de comprendre le fonctionnement de la nature, depuis les particules subatomiques ou la plus petite bactérie jusqu’aux amas de galaxies lointaines. Et la recherche scientifique est une perpétuelle remise en cause des concepts, des hypothèses et parfois de vérités admises une fois pour toutes. Il y a quelques semaines (voir le lien) je relatais la remise en cause du dogme « un gène-une protéine » que l’on m’enseigna à l’Université et qui a été battu en brèche grâce au développement des puissants moyens d’investigation modernes apparus ces dernières années dans le domaine de la biologie moléculaire.

Un autre dogme vient de tomber, celui de la nature des lichens. Depuis les travaux du biologiste suisse Simon Schwendener en 1867 on a toujours considéré les lichens comme étant une association entre un champignon ascomycète et une algue unicellulaire de la famille des xanthophycées ou éventuellement une cyanobactérie photosynthétique. Schwendener décrivit cette association comme un parasitisme mais il fut reconnu par la suite qu’il s’agissait bel et bien d’une symbiose car ni le champignon ni l’algue (ou la cyanobactérie) ne peuvent survivre isolément. Le dogme concernant les lichens était donc « un champignon-une algue » et il aura fallu attendre 150 ans pour qu’il soit remis en question.

Des travaux remarquables dirigés par le Docteur Toby Spribille de l’Université de Graz en Autriche viennent de prouver de manière non ambigüe que la plupart des lichens sont le résultat d’une association symbiotique de trois partenaires : un champignon ascomycète, une algue et un autre champignon, cette fois-ci un basidiomycète, plus proche des levures que de la lépiote ou le mousseron (!). Le dogme de la dualité des lichens est donc maintenant relégué dans l’oubliette des erreurs scientifiques. Pour prouver qu’il en est ainsi les biologistes se sont intéressé à deux lichens particuliers (voir l’illustration tirée de l’article scientifique, lien en fin de billet), un Bryoria fremontii et son très proche cousin Bryoria tortuosa. L’un de ces lichens est brun et l’autre jaune et ce qui les différencie, disons macroscopiquement, est la présence d’acide vulpinique de couleur jaune intense chez l’un et pas chez l’autre.

Ils ont alors analysé ce qui se passait au niveau de l’expression des gènes en temps réel et se sont aperçu que quelque chose ne collait pas. Alors que ces deux lichens sont très proches génétiquement il apparut que des gènes n’appartenant ni à l’un ni à l’autre du partenariat, ascomycète ou algue, de ces lichens étaient exprimés et la recherche dans les bases de données indiqua qu’il s’agissait de gènes retrouvés dans l’ADN des champignons basidiomycètes.

Cette observation n’était pas satisfaisante et il fallut alors mettre au point une technique de révélation par fluorescence de l’éventuelle présence de ce troisième partenaire symbiotique. Cette approche fut réalisée avec succès avec l’élaboration d’une technique très puissante de reconnaissance d’une variété particulière d’ARN associée aux ribosomes. C’est un peu compliqué mais la très haute spécificité de cette approche appelée FISH (en français poisson), acronyme de « Fluorescence In Situ Hybridization », a bien révélé la présence d’un troisième partenaire, une levure de la famille des Cyphobasidium capable de synthétiser l’acide vulpinique. Et ce qui est tout à fait remarquable dans cette découverte est que le troisième symbiote est bénéfique pour le lichen puisque cet acide vulpinique est toxique et sa couleur jaune intense prévient les éventuels brouteurs de lichen comme les rennes qu’il leur faut se méfier, en quelque sorte une protection du lichen grâce à ce troisième partenaire.

Ces travaux ont donc remis en cause le dogme du lichen et il est vraisemblable que bien d’autres lichens sont des associations tripartites.

Pour l’anecdote les lichens se sont adapté à tous les biotopes, sont présents sur toute la planète et certains d’entre eux sont considérés comme les créatures vivantes les plus vieilles, peut-être plusieurs dizaines de milliers d’années. Certains lichens prospèrent d’une petite fraction de millimètre chaque dix années dans les îles proches de l’Antarctique. Cet article d’un grand intérêt montre encore une fois que la science évolue et que les dogmes et autres idées préconçues finissent par être démontés point par point mais quand les politiciens se mèlent de science, la situation est toute autre … Je pense au dogme du réchauffement climatique.

Source et illustration : Science (2016), vol. 353, numéro 6298, pp 488-492 aimablement communiqué par le Dr Spribille qui est chaleureusement remercié ici. Et aussi :

https://jacqueshenry.wordpress.com/2016/06/27/le-dogme-un-gene-une-proteine-remis-en-question/

Des arbres transgéniques pour produire des biocarburants

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Qui ne se souvient pas des désastreuses interventions des terroristes écologistes qui ont détruit des essais en plein champ de peupliers transgéniques mis au point par l’INRA. Ces peupliers avaient été rendus stériles pour pouvoir pousser plus rapidement, une croissance accélérée de 20 % car l’arbre ne fait plus de fleurs ni de graines. Il faut rappeler que ces travaux leaders en la matière avaient été financés par les contribuables français.

Aux USA l’approche de la transgenèse des plantes, en particulier des arbres, est plus pragmatique et quand c’est le Département de l’Energie (DOE) qui prend les choses en main dans le cadre du développement de végétaux adaptés à la production de bio-carburants il n’y a pas d’interventions de ces groupuscules fanatisés d’écologistes puisque justement ces arbres ont été mis au point dans le but de préserver l’environnement et de permettre à terme de libérer la culture du maïs dont une grande partie sert non plus à nourrir les animaux d’élevage et accessoirement les êtres humains mais à fabriquer de l’alcool. Cette déviation de l’utilisation du maïs pour produire de l’alcool n’a pas vraiment de justifications morales ou éthiques, mais c’est un point de vue personnel que je ne partage qu’avec moi-même.

Il s’agit de trembles qui ont été judicieusement modifiés génétiquement pour que l’accès aux polysaccharides structuraux soit plus aisé.

Le peuplier-tremble, un arbre à croissance rapide, a été choisi par l’équipe du Docteur Chang-Jun Liu au Département de Biologie du Brookhaven National Laboratory pour modifier avec succès les pourcentages respectifs de cellulose, d’hémicellulose et de lignine du bois. La première étape de production d’alcool à partir de bois consiste à soumettre la pulpe à une digestion enzymatique des celluloses pour produire des sucres fermentescibles. Or la lignine, un polymère structural hydrophobe (qui n’aime pas l’eau pour dire les choses ainsi) est un obstacle important pour l’accessibilité des cellulases à la cellulose. Les rendements de la digestion enzymatique conduisant à du sucre sont plutôt mauvais mais nettement moins coûteux en énergie et moins polluants qu’une hydrolyse à chaud en milieu acide. Pour que la production d’alcool à partir de bois soit compétitive avec celle effectuée à partir de maïs il fallait réduire la teneur en lignine sans pour autant altérer la croissance du végétal puisque la lignine constitue un tissu de soutien indispensable à cette croissance.

La lignine est un polymère complexe dont les unités constitutives sont, entre autres, le para-hydroxyphénol, le guaiacol et le syringol. Il s’agit de phénols substitués. Pour arriver à diminuer la teneur en lignine du bois il faut interférer avec la fonction alcool du phénol afin d’inhiber si possible partiellement la polymérisation de ces monomères appelés génériquement des lignols. C’est un peu compliqué mais il faut en passer par cette explication pour comprendre l’intérêt de ces travaux. La figure ci-dessous tirée de l’article paru dans Nature Communications (voir le doi) illustre la fonction de l’enzyme étranger qui a été introduit dans le génome du tremble pour bloquer la fonction alcool des lignols :

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Il s’agit de la MOMT4 ou mono-lignol 4-O-methyl transférase dont le gène a été modifié afin de bloquer partiellement la fonction -OH impliquée dans le processus de polymérisation. Ce gène a été mis sous le contrôle d’un promoteur issu du haricot connu pour intervenir lors de la croissance du xylème. Le résultat est spectaculaire dans la mesure où malgré une diminution de plus de 50 % de la teneur globale en lignine et une augmentation en parallèle de 20 % de la teneur en cellulose la croissance de la plante n’est pas perturbée. De plus, et puisque c’était le but final de cette modification génétique, l’efficacité de la production de sucre lors de la digestion enzymatique de la pulpe de bois a été améliorée de plus de 55 % conduisant à une production d’éthanol après fermentation améliorée d’autant.

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Notes explicatives des illustrations (Nature). À gauche un plan de tremble contrôle et trois lignées différentes de plante transgénique. À droite colorations spécifiques de la lignine en comparaison du contrôle. Le trait blanc représente 1 mm.

Structure générale du lignol. MOMT : mono-lignol 4-O-methyl transférase, SAM : S-adénosyl-méthionine, donneur de méthyle.

Source : Nature Communications, doi : 10.1038/ncomms11989

Les OGMs nouveaux sont arrivés !

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Sur ce blog j’ai à plusieurs reprises disserté du CRISPR-Cas9 et cet outil de haute couture moléculaire au niveau de l’ADN est en passe de bouleverser la perception que tout un chacun a (et aura) des plantes génétiquement modifiées. En dépit des campagnes de dénigrement orchestrées par des groupes de pression variés s’appuyant sur des convictions relevant toutes de la fausse science, les plantes génétiquement modifiées, depuis qu’elles sont commercialisées, n’ont jamais occasionné d’effets indésirables sur la santé animale ou humaine et les effets sur l’environnement sont restés très limités. Les arguments des pourfendeurs des plantes transgéniques s’appuyaient sur des arguments spécieux pour justifier leurs actions spectaculaires de saccage d’essais en plein champ comme par exemple l’introduction dans les plantes génétiquement modifiées d’un gène de résistance à la kanamycine. Ce fut l’un des arguments phare d’un José Bové alors qu’il n’était qu’un obscur activiste motivé surtout pour le déroulement de sa carrière de politicien. Devenu maintenant rentier des contribuables européens, s’intéresse-t-il encore aux OGMs et se tient-il au courant des développements récents de la transgénèse végétale à l’aide du CRISPR ? S’il ne donne plus de la voix et de la machette, c’est tout simplement parce que cet outil moléculaire est d’une telle spécificité et d’une telle précision que le père José n’a plus d’argument pour dénigrer et combattre ces biologistes de nouvelle génération qu’il qualifiait il y a 20 ans d’apprentis sorciers, de docteurs Jekill ou Frankenstein.

Puisque j’ai mentionné la kanamycine il me faut ici répéter de quoi il s’agit. Le gène de résistance à la kanamycine se trouve partout dans le sol, la plupart des bactéries du sol sont en effet résistantes à cet antibiotique qui n’est plus guère utilisé en thérapeutique humaine. Il servait d’outil pour sélectionner les plantes qui avaient intégré la « construction » d’ADN comportant, outre ce gène de résistance utilisé comme marqueur, le ou les autres informations génétiques que les biologistes désiraient insérer dans le génome de la plante.

Dupont-Pioneer, l’un des plus grands semenciers du monde, spécialiste de longue date du maïs, promet que d’ici moins de 5 ans il y aura sur le marché des maïs de nouvelle génération de haute qualité pour le plus grand bénéfice des cultivateurs, des industriels et des consommateurs, après transformation à l’aide du CRISPR. Or cet outil n’entre pas dans les considérations classiques des régulateurs en raison de sa précision et de son aspect naturel. Il ne s’agit plus en effet de bombarder des cellules embryonnaires végétales avec des particules de tungstène recouvertes d’ADN (je passe sur les détails expérimentaux) ou de transfecter ces mêmes cellules avec des virus modifiés. Non ! L’outil CRISPR permet à l’expérimentateur de jeter aux oubliettes du passé ces technologies très approximatives développées il y a plus de 30 ans, des approches coûteuses aux résultats aléatoires et le plus souvent décevants.

En un mot, les développements de la transgénèse végétale des années 80-90 paraissent aujourd’hui tellement primitifs qu’ils sont presque caricaturaux en regard de la puissance opérationnelle du CRISPR. Cependant ils ont permis de prouver que les plantes génétiquement modifiées, comme l’Académie des Sciences américaine, l’USDA, l’Association Américaine pour l’Avancement des Sciences (AAAS), la FDA et en Europe l’EFSA le reconnaissent, ne sont pas nuisibles pour la santé. Une revue datant de 2013 a répertorié l’ensemble des travaux relatifs à l’effet possible des plantes génétiquement modifiées sur la santé animale ou humaine. La conclusion est claire : aucun effet délétère sur l’homme, les animaux d’élevage ou l’environnement (voir le lien).

Dès à présent de nombreux laboratoires ont modifié toutes sortes de fruits, légumes et céréales à l’aide du CRISPR et la FDA a d’ors et déjà adopté une position claire : les modifications génétiques à l’aide du CRISPR-Cas9 n’entrent pas dans le cadre des régulations précédemment édictées étant entendu qu’elles ne nuisent pas à la santé des autres plantes. Il s’agissait pour appuyer leur prise de position (voir le lien) d’un champignon qui ne noircit pas, le gène codant pour l’enzyme provoquant ce noircissement, une polyphénol-oxidase, ayant subi l’ablation de quelques bases constituant l’enchainement de l’ADN et désactivant ainsi l’enzyme. Pour la FDA il ne s’agit pas de l’introduction d’un gène étranger et ce champignon n’entre donc pas dans le cadre de la régulation classiquement imposée aux plantes transgéniques. Pourquoi parler d’un champignon qui ne sera probablement jamais commercialisé, tout simplement parce que la décision de la FDA constitue un précédent très important pour valider la technique utilisant le CRISPR qui fait l’objet de toutes les attentions des biologistes pour la mise au point de plantes résistantes aux ravageurs, à la sécheresse ou présentant des propriétés organoleptiques améliorées. Cette recherche d’un type nouveau est très bien répertoriée dans un article paru sur le site de l’ENSIA (voir le lien), un organisme émanant de l’Université du Minnesota ayant pourtant pour mission la protection de l’environnement.

Dans le domaine végétal, l’outil CRISPR-CAS9 accélère la sélection naturelle sans bouleverser de manière incontrôlée la structure et l’organisation des gènes de la plante comme c’était le cas avec les « vieilles » techniques de modification génétique. On ne peut qu’espérer un changement d’attitude de ces pseudo-scientifiques qui ont combattu sans arguments valables les plantes génétiquement modifiées …

Billet inspiré d’une série d’articles parus dans Business Insider

http://www.realclearscience.com/blog/2013/10/massive-review-reveals-consensus-on-gmo-safety.html

https://www.aphis.usda.gov/biotechnology/downloads/reg_loi/15-321-01_air_response_signed.pdf

http://ensia.com/voices/crispr-is-coming-to-agriculture-with-big-implications-for-food-farmers-consumers-and-nature/

Voir aussi : http://cariboubio.com/application-areas/agricultural-biotech , une firme biotech cofondée par le Docteur Jennfier Doudna.

Comment la dionée piège-t-elle les insectes ?

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Le piège-à-mouches Vénus, c’est le nom qu’on donne aussi à la dionée, est une plante carnivore d’une exceptionnelle sophistication. C’est la plante réagissant le plus rapidement à un stimulus mécanique externe. Il y a la sensitive, cette plante rampante couverte d’épines dont les feuilles réagissent au moindre effleurement qu’on appelle le mimosa pudique (Mimosa pudica) et qu’on trouve chez les marchands de fleurs uniquement pour cette faculté de mouvement rapide des feuilles. Mais la dionée (Dionaea muscipulata) bat tous les records de rapidité de mouvement de son piège à insectes constitué de deux lobes hérissés sur leur pourtour d’épines et sur leur surface de récepteurs en forme de petits poils.

Mais quel est le secret de cette plante qui peut vivre sur des sols très pauvres en nutriments et a donc pour cette raison mis au point ce piège à insectes d’une efficacité redoutable pour améliorer sa nourriture. C’est à la réponse à cette question que s’est consacrée une équipe de biologistes de l’Université de Würzburg en Allemagne.

La dionée a mis au point un système de détection très sophistiqué des insectes attirés par la couleur et l’odeur de ces étranges feuilles qu’ils peuvent confondre avec un fruit. Les quelques cils parsemant la surface de ces feuilles très spécialisées reconnaissent une première vibration et envoient cette information à la feuille sous forme d’une impulsion électrique. Si une autre vibration intervient dans les quelques secondes suivantes, alors la plante reconnaît qu’il s’agit d’un insecte et qu’il est temps de réagir pour le piéger et ensuite le digérer avec une sorte de suc digestif qui n’a rien à envier à notre suc gastrique. Ces impulsions électriques répétées déclenchent en effet non seulement la fermeture rapide, quelques secondes seulement, des deux lobes sur eux-mêmes mais également l’excrétion des enzymes digestifs dont de la chitinase qui va dissoudre la carapace et les ailes des insectes pour le plus grand bénéfice de la plante.

Le processus de ce piégeage est complexe car il fait appel à une stimulation électrique résultant d’un transport très rapide d’ions sodium initié par les cils sensibles aux vibrations et la cascade physiologique suivante est également sous la dépendance de ce signal électrique à condition qu’il se répète au moins une deuxième fois dans les 15 à 20 secondes suivantes. La plante a ainsi mis au point un système lui permettant d’économiser de l’énergie : elle ne réagit pas à une fausse alerte ! La deuxième stimulation vibratoire entraine également la production d’acide jasmonique, un moyen de défense commun à beaucoup de plantes. Quand l’insecte est piégé, il continue à se débattre et les cils (sombres sur fond rouge, voir l’illustration tirée de Wikipedia) continuent à émettre des signaux électriques durant plus d’une heure.

Cette stimulation électrique prolongée induit à son tour l’expression d’une multiplicité de gènes dont ceux codant pour les enzymes de digestion.

L’insecte piégé et lentement digéré va permettre à cette plante très spéciale de reconstituer son énergie et son stock de sodium et se préparer à une autre capture … Les curieux peuvent lire l’article cité en référence en accès libre.

Source : http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.11.057