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/

Blé : la course à la résistance aux phytopathogènes est engagée

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En 2016 la première infection du blé par le champignon phytopathogène Magnaporthe oryzae fut décrite au Bangladesh alors que depuis l’apparition de ce pathogène dévastateur spécifique du blé sa présence n’avait été mentionnée qu’exclusivement en Amérique du Sud. Il fut décrit en 1985 dans l’État brésilien du Parana et ensuite près de Sao Paulo puis au Paraguay réduisant les rendements jusqu’à 32 % malgré deux applications de fongicides. Ce champignon a également fait son apparition en Inde en 2017. On pourrait croire qu’au Bangladesh, et Inde et au Pakistan le blé n’est pas la céréale prépondérante dans l’alimentation. Il n’en est rien car la consommation de blé est en constante augmentation. En Inde par exemple chaque habitant consomme environ 60 kg de blé par an, soit un doublement depuis le début des années 1960. Ce champignon attaque l’épi et les grains sèchent sans atteindre la maturité et la menace se précise en Inde avec depuis 2017 des atteintes confirmées dans les Etats de Maldah, Murshidabad et Nadia à l’est du pays. Enfin d’autres cas sporadiques ont été décrits dans l’ouest de l’Inde et aussi au Pakistan.

Cette menace fongique pourrait atteindre l’Europe et la Russie (plus gros exportateur de blé au monde) et alors ce sera la catastrophe car cette région est la plus importante productrice de blé. Dans la situation idéologique actuelle de réduction de l’usage de pesticides les agriculteurs se retrouveront confrontés à des baisses de rendement d’environ 30 %. Si pour l’instant ce sont les petits paysans de l’Inde, du Bangladesh ou encore du Paraguay qui sont concernés le problème pour les grands producteurs de blé d’Europe sera potentiellement catastrophique. Or le blé n’a jamais fait l’objet d’une quelconque modification génétique par transgénèse. En 2004 un dossier d’homologation pour un blé résistant aux herbicides a été déposé mais il n’y a pas eu de suite. Quant au riz inutile de revenir sur le cas du riz doré dont l’interdiction constitue un véritable scandale planétaire à la suite des campagnes de la propagande honteuses de Greenpeace. Ce riz produit de la provitamine A et est nullement toxique, au contraire.

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Bref les céréales sont délaissées par les grandes firmes impliquées dans la transgénèse végétale et c’est regrettable car la sélection ancestrale consistant à réaliser des hybridations successives qui se sont étalées sur des siècles a abouti à une polyploïdie du génome tout en faisant perdre à ce dernier sa diversité génétique avec pour résultat une grande vulnérabilité aux attaques fongiques. Ainsi la majorité des gènes de résistance aux maladies se sont raréfiés alors que le génome de l’ancêtre du blé, Triticum turgide aussi appelé épeautre contient plus de 300 gènes de résistance identifiés. Dans la figure ci-dessus se trouve l’étape d’identification des gènes de résistance dans l’ancêtre du blé pour ensuite permettre leur son intégration dans le génome du blé moderne. La première étape (figure ci-dessous) consiste à appliquer un agent mutagène ( EMS = ethyl methane sulfonate) et ensuite repérer les gènes mutés ayant induit une susceptibilité, dans le cas présent, au champignon Puccinia graminis qui attaque les feuilles du blé.

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Quand les gènes ont été identifiés puis clonés ils seront réintroduits dans le blé polyploïde « moderne ». Ces gènes codent pour des protéines de résistance qui comportent des séquences riches en leucine (NLR = leucine rich repeat) et les séquences d’ADN codant pour ces protéines comportant des séquences riches en leucine peuvent être suivies au cours de la sélection au niveau moléculaire et non pas au niveau de la plante elle-même (target enrichment).

Au final cette approche de modification génétique n’introduit pas de gènes étrangers mais au contraire elle restaure des caractères génétiques et phénotypiques qui avaient disparu au cours du long processus de sélection par hybridations successives. L’utilisation de l’outil CRISPR-cas9 est alors utilisé pour la réintroduction. L’intérêt de cette approche est qu’elle est rapide mais elle nécessitera des essais en plein champ pour vérifier par exemple la stabilité de la construction en conditions réelles de culture. Il s’agit donc d’un espoir pour les pays dont l’approvisionnement en céréales est critique comme ceux cités plus haut. Il ne fait aucun doute, compte tenu de l’approche expérimentale mise au point, que ces pays autoriseront la culture de ce type de blé résistant aux attaques fongiques. Il y a en effet un caractère d’urgence qui concerne de nombreux pays dans le monde. Compte tenu des immenses enjeux économiques et sociaux il est prévisible que cette nouvelle approche de modification génétique qui n’introduit pas de gènes étrangers dans le génome de la plante sera rapidement homologuée. Il reste à connaître l’attitude qu’adopteront les récalcitrants à tout progrès scientifique ou technique que sont ces écologistes ultra-politisés qui ont déjà sur la consciences des dizaines de millions de morts depuis l’interdiction du DDT puis du riz doré …

Sources. Science magazine et Nature Biotechnology, doi : 10.1038/nbt.3543 article aimablement communiqué par le Docteur Brande BH Wulff