Le Prof. Eilon Shani, le Prof. Itay Mayrose et le doctorant Amichai Berman de l'École des sciences végétales et de la sécurité alimentaire de l'Université de Tel-Aviv ont développé une méthode d'édition génétique adaptée aux plantes cultivées capable d'influencer divers caractères des plants de tomates, notamment le goût et la forme du fruit. Selon les chercheurs, cette technologie innovante pourrait être appliquée à diverses espèces cultivées et servir à terme pour développer de nouvelles variétés agricoles améliorées. « Nous avons montré qu'il est possible de sélectionner des caractères spécifiques de la plante et de les influencer, capacité essentielle au progrès de l'agriculture et à la sécurité alimentaire », ont-ils déclaré.

L'étude, réalisée en collaboration avec le Dr. Yuqin Zhang et le doctorant Ning Su de l'Université de l'Académie chinoise des sciences de Pékin, et le Dr. Osnat Yanai de l'entreprise israélienne d'agrotechnologie NetaGenomiX, a été publiée dans la prestigieuse revue Nature Communications.

« Les chercheurs du monde entier s'efforcent de faire progresser l'agriculture pour répondre aux changements climatiques mondiaux accélérés afin de nourrir la population mondiale dans les décennies à venir », explique le Prof. Shani. « On utilise notamment des technologies d'édition génétique avancées pour développer de nouvelles variétés végétales présentant des caractéristiques intéressantes telles que la résistance à la sécheresse, à la chaleur et aux maladies, une saveur améliorée, l'utilisation optimisée des nutriments, etc. L'une de ces méthodes, CRISPR-Cas9, a révolutionné le domaine de l'édition génétique en permettant la modification précise de gènes spécifiques à l'intérieur du génome ».

« Cependant, dans le domaine du développement agricole, cette méthode se heurte à plusieurs défis fondamentaux. Premièrement, la capacité d'édition génétique ciblée de la technologie CRISPR ne pouvait jusqu'à présent pas être utilisée à grande échelle, le nombre de gènes pouvant être édités et étudiés restant très faible. Dans la présente étude, nous avons considérablement amélioré l'efficacité de la méthode pour pouvoir examiner le rôle de milliers de gènes. Deuxièmement, de nombreuses plantes présentent une « redondance génétique » : les différents gènes d'une même famille, composés de séquences d'acides aminés similaires, compensent mutuellement leurs effets pour préserver le caractère spécifique de l'espèce, même si un gène est désactivé ou modifié ».

Amichai Berman. Photo: Université de Tel Aviv

« Pour surmonter ce phénomène de redondance génétique, nous avons cherché à modifier simultanément des familles entières de gènes similaires », explique Amichai Berman. « Lors d’une étude précédente, nous avions développé un algorithme révolutionnaire pour surmonter ce problème, et lui avons fourni une liste de milliers de gènes que nous voulions modifier. L’algorithme a identifié une unité CRISPR adaptée à chaque gène (ou groupe de gènes) de la liste, capable d’induire la modification souhaitée, constituant ainsi des bibliothèques CRISPR. La première étude réalisée sur la plante modèle Arabidopsis thaliana a obtenu de bons résultats. Nous avons alors cherché pour la première fois à tester la méthode sur une plante cultivée, et notre choix s’est porté sur la tomate ».

Pour ce faire, les chercheurs ont construit dix bibliothèques comprenant environ 15 000 unités CRISPR spécifiques ciblant le génome de la tomate, chaque unité étant conçue pour affecter un groupe de gènes particulier de la même famille. Ils ont ensuite utilisé ces unités CRISPR pour induire des mutations sur environ 1 300 plants de tomate, chaque plant présentant une modification d'un groupe de gènes différent. Les chercheurs ont ensuite suivi le développement de chaque plante afin d'examiner si les modifications sélectionnées se manifestaient effectivement sur la taille du fruit, sa forme, son goût, l'utilisation des nutriments ou sa résistance aux ravageurs. Et ils ont en effet identifié plusieurs lignées présentant un goût plus ou moins sucré que celui des plantes témoins.

« Dans cette étude, grâce à notre méthode innovante, nous avons réussi à réaliser des modifications génétiques ciblées sur des familles de gènes du plant de tomate et à identifier précisément les modifications génétiques produisant le résultat souhaité », conclut le Prof. Shani. L'entreprise israélienne d'agrotechnologie NetaGenomiX a obtenu une licence pour commercialiser cette nouvelle technologie, dans le but de faire progresser la sécurité alimentaire en développant des cultures non OGM adaptées au changement climatique, au bénéfice des agriculteurs et des consommateurs.

« Nous pensons que nos recherches ouvrent la voie au développement de variétés améliorées pour un large éventail de cultures et font également progresser la science des plantes dans son ensemble. Dans le cadre d'études complémentaires, nous travaillons au développement de caractères sélectionnés supplémentaires de la tomate et du riz », ajoute Amichai Berman.

Source: Les Amis français de l'Université de Tel Aviv