Plantes cultivées: vers des résistances durables aux virus sans perte de rendement
Publié par Isabelle le 17/03/2018 à 12:00
Source: INRA
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Afin de répondre au défi de nourrir une population mondiale croissante et de manière saine et durable, l'un des leviers est de renforcer les défenses naturelles des plantes vis-à-vis des pathogènes, notamment des virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise les constituants pour se multiplier. Les virus existent sous une forme extracellulaire ou intracellulaire....). Chez les variétés végétales résistantes, des mutations naturelles ont été sélectionnées en transformant certains gènes en "neutralisateurs" de virus. Ces mutations génétiques sont largement utilisées pour sélectionner des variétés résistantes par croisement. Cependant, certaines plantes cultivées sont dépourvues de telles résistances. Les chercheurs de l'Inra et du CEA ont évalué comment la modification d'une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général,...) des plantes hôtes, nommée eIF4E1, peut conduire à une résistance large et efficace aux Potyvirus sans modifier le rendement des plantes. Ces résultats viennent d'être publiés dans la revue Plant Biotechnology Journal.

Les Potyvirus constituent un des plus grands groupes de virus phytopathogènes regroupant des virus comme la sharka sur les Prunus et le virus Y de la pomme de terre (La pomme de terre, ou patate (langage familier, canadianisme et français régional), est un tubercule comestible produit par l'espèce Solanum tuberosum, appartenant à la famille des...), causant des pertes de récolte majeures. L'analyse génétique (Une analyse génétique est une technique d'analyse du génome des cellules d'un organisme. Les analyses génétiques se pratiquent sur tout type d'organisme. Chez les humains elles sont...) des résistances à ces virus chez des plantes cultivées ou modèles a permis de mettre en évidence le rôle central de la protéine de plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne) des Eucaryotes. Elles sont,...) eIF4E1, non seulement pour la synthèse de protéines dans la plante mais aussi pour la résistance des plantes aux virus. En effet, lors de l'infection des plantes, les Potyvirus recrutent ces facteurs de la plante hôte pour se multiplier.

Chez de nombreuses espèces cultivées et sauvages, des mutations dans ce gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un acide ribonucléique (ARN) fonctionnel. On peut...) ont été sélectionnées, conduisant au changement de plusieurs acides aminés de la protéine eIF4E1 conférant ainsi une résistance des plantes aux Potyvirus. Même muté, ce gène reste fonctionnel et joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) son rôle dans la synthèse des protéines chez ces plantes. Différentes mutations naturelles induisant la résistance aux Potyvirus ont été identifiées, notamment chez le piment (Le terme piment (légume vert, jaune, orange ou rouge) est un nom vernaculaire utilisé en français pour désigner plusieurs espèces...), la tomate (La tomate (Solanum lycopersicum L.) est une espèce de plante herbacée de la famille des solanacées, originaire du nord-ouest de l'Amérique du Sud, largement cultivée pour son...) ou le pois (Le pois (Pisum sativum L.) est une espèce de plante annuelle de la famille des légumineuses (Fabacées), largement cultivée pour ses graines, consommées...) cultivé.

Les chercheurs de l'Inra et du CEA ont montré que ces modifications ciblées de la protéine eIF4E1 pouvaient être reproduites et transférées chez une plante dépourvue de résistance naturelle afin de conduire à une résistance sans affecter le développement de la plante. Pour cela, ils ont produit un gène synthétique eIF4E1 d'Arabidopsis thaliana en y apportant six changements d'acides aminés connus pour être responsable de la résistance naturelle du pois aux Potyvirus. Par des méthodes de biotechnologies, ils ont remplacé le gène eIF4E1 de la plante modèle Arabidopsis par ce gène synthétique. Après introduction, les scientifiques ont vérifié que ce nouvel allèle confère la résistance de la plante à un isolat de Potyvirus. Le fait que cette protéine soit fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le terme a été...) permet de l'associer à d'autres résistances afin de produire des plantes résistantes à un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de Potyvirus différents, et cela sans perte de rendement.

Ces travaux apportent la preuve de concept de l'efficacité du design (Le design (la stylique en français) est un domaine visant à la création d'objets, d'environnements ou d'œuvres graphiques, à la fois fonctionnels, esthétiques et conformes aux impératifs d'une production industrielle. Bien...) de gènes permettant de mettre en place des résistances génétiques sans nuire au développement de la plante, par la connaissance de la variabilité naturelle chez une espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est un...), comme le pois cultivé. Ils montrent qu'il est possible d'appliquer cette connaissance à une autre espèce, ce qui ouvre des perspectives pour le futur développement de résistance à large spectre et plus durable grâce aux biotechnologies. Ces résultats pourraient être transférés à la vigne (Les vignes sont des lianes de la famille des Vitaceae. Ce sont des plantes du genre Vitis largement cultivées pour leur fruit en grappes, le raisin, dont on tire un jus, le moût,...), la pomme (La pomme est le fruit du pommier, arbre fruitier largement cultivé. L'étude de la culture des pommes constitue une partie de la pomologie, la pomologie englobant tous les fruits à...) de terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...), les arbres fruitiers et le manioc, espèces cultivées également affectées par des virus du genre Potyvirus. Ils confirment enfin l'importance de l'étude de la biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie en considérant la diversité des écosystèmes, des espèces, des populations et celle des gènes dans...) comme réservoir de résistances génétiques transférables entres espèces.


Contact scientifique:
Jean-Luc Gallois - Unité Génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) et amélioration des fruits et légumes

Département associé:
Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences...) et amélioration des plantes

Centre associé:
Provence-Alpes-Côte d'Azur

Référence publication:
Trans-species synthetic gene design allows resistance pyramiding and broad spectrum engineering of virus resistance in plants. Anna Bastet, Baptiste Lederer, Nathalie Giovinazzo, Xavier Arnoux, Sylvie German-Retana, Catherine Reinbold, Véronique Brault, Damien Garcia, Samia Djennane, Sophie Gersch, Olivier Lemaire, Christophe Robaglia et Jean-Luc Gallois. Plant Biotechnology Journal. 5 mars 2018
https://doi.org/10.1111/pbi.12896
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