Copier la nature pour résister aux virus

L'un des impacts du dérèglement climatique est la prolifération de virus sur les plantes cultivées. Pour réduire l'usage des pesticides et favoriser le déploiement de pratiques agroécologiques, une des stratégies consiste à augmenter la résistance naturelle des plantes aux virus. Des résultats prometteurs, imitant la sélection naturelle (En biologie, la sélection naturelle est l'un des mécanismes qui guident l'évolution...) à l'aide de la technique d'édition des génomes, sont parus (Parus est un genre d'oiseaux de la famille des Paridae. Jusque vers la fin du 20ème...) le 30 janvier dans la revue Plant Biotechnology Journal.


Depuis des millénaires, les plantes cultivées sont façonnées par des processus de domestication. Les agriculteurs croisent et sélectionnent de nouvelles variétés, adaptées à des environnements en constante évolution. Bien qu'efficace, ce processus est long. Par ailleurs, le caractère recherché doit être présent quelque part au sein de la diversité de l'espèce à améliorer.

Copier un mécanisme d'une espèce chez une espèce d'intérêt agronomique devient alors un nouvel enjeu. Parmi les technologies disponibles, de nouvelles techniques d'édition du génome des végétaux sont disponibles depuis 2012. Souvent comparée à des ciseaux moléculaires, la technique CRISPR-Cas9 permet de modifier de manière ciblée et précise une région de l'ADN de la plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la...).

Plusieurs espèces cultivées, dont le piment ou le pois, sont résistantes à des maladies, par exemple causées par des virus du genre potyvirus¹. Comment font-elles ? Certains virus utilisent une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs...) de la plante pour l'infecter. Cette protéine a (la Protéine A est une protéine de surface de 40-60 KDa initialement trouvée dans les...) en fait deux fonctions: elle est utilisée par le virus et sert également au fonctionnement de la plante. Les plantes qui résistent à l'infection ont acquis des mutations dans le gène qui code cette protéine. Ces mutations rendent l'utilisation de cette protéine par le virus impossible tout en restant fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions....) pour la plante. Ainsi, la plante ayant ces mutations résiste à l'infection et pour la plante cela ne change rien !

Une nouvelle étude visait à transposer ce mécanisme à des plantes d'intérêt agronomique, en étudiant sa faisabilité chez une tomate cerise (La cerise est le fruit comestible du cerisier. C’est, après la fraise, le plus...). Pour cela, les équipes d'INRAE ont utilisé une approche différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) de la méthodologie classique. Ils n'ont pas cherché à inactiver le gène qui rend la plante sensible au virus, mais ils l'ont modifié pour imiter les mutations responsables de la résistance présentes chez le pois ou le piment.

Pour cela, ils ont appliqué la technique de CRISPR-Cas9 pour cibler deux régions de ce gène. Ces modifications simultanées entraînent des changements dans la protéine produite par ce gène. Ces changements octroient à la plante une résistance forte à plusieurs virus du genre potyvirus, dont le PVY. Comme c'est le cas des mutations naturelles sélectionnées chez d'autres espèces, ces changements ne modifient ni l'expression ni l'accumulation de la protéine produite par le gène, et n'affectent pas non plus sa fonction.

Ce travail constitue une preuve de concept, proposant une nouvelle approche d'édition des mutations précises, visant à reproduire des résistances naturelles chez des espèces sensibles et ainsi limiter l'utilisation de pesticides.

Ces résultats sont obtenus dans le cadre du projet GENIUS (2014-2020), soutenu par le Plan Investissements d'Avenir, qui visait à développer les outils d'édition du génome en vue de contribuer à l'amélioration des plantes, dont la résistance aux pathogènes. Il se poursuit actuellement sur la pomme de terre (La pomme de terre, ou patate (langage familier, canadianisme et français régional), est...) dans le cadre d'un projet Européen H2020 GENEBECON (capturing the potential of Gene editing for a sustainable BioEconomy) qui vise à réduire la pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le...) et donc le dérèglement climatique via l'utilisation de l'édition du génome.

Note:
¹ Les potyvirus constituent le plus grand groupe de virus à ARN (Un virus à ARN est un virus qui utilise l'ARN comme matériel génétique, ou bien...) affectant les plantes. Il comprend plusieurs virus très importants au niveau économique, dont les Virus Y de la Pomme (La pomme est le fruit du pommier, arbre fruitier largement cultivé. L'étude de la culture...) de terre (PVY) qui constituent une menace pour plusieurs plantes à intérêt agronomique dont la pomme de terre, le tabac, la tomate et le piment.

Référence:
(2023) An iterative gene-editing strategy broadens eIF4E1 genetic diversity in Solanum lycopersicum and generates resistance to multiple potyvirus isolates. Plant Biotechnol J.,
https://doi.org/10.1111/pbi.14003.