Pour nourrir une population humaine toujours croissante, il est vital que le monde trouve des moyens de stimuler sa production alimentaire. L’augmentation des rendements des cultures grâce à la sélection végétale conventionnelle n’est pas suffisamment efficace : les résultats sont imprévisibles et peuvent prendre des années voire des décennies.

De puissantes technologies de modification du génome des plantes peuvent rapidement produire de nouvelles variétés, mais leur adoption reste controversée. De nombreux consommateurs et pays ont rejeté les aliments génétiquement modifiés, même si des études approfondies semblent montrer qu’ils sont sûrs à consommer). Une nouvelle technologie d’édition de génome appelée CRISPR peut offrir une bonne alternative.

Je suis un phytogénéticien et l’une de mes principales priorités est de développer des outils pour l’ingénierie des plantes ligneuses telles que les agrumes qui peuvent résister à la maladie du verdissement ou d’après son nom chinois : HLB : Huanglongbing, qui a dévasté ces arbres dans le monde entier.

D’abord détectée en Floride en 2005, la maladie a décimé les cultures d’agrumes de l’État pour un coût estimé à 9 milliards de dollars, entraînant une baisse de 75 % de la production d’oranges en 2017. Pour lutter contre ce fléau nous avons développé une technique de production d’arbres non-OGM résistant à la HLB

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>La maladie HLB a infecté des vergers en Floride et dans le monde entier dévastant les cultures d’agrumes. By Edgloris Marys/Shutterstock</figcaption></figure>

## Modification génétique ou édition génétique

Vous vous demandez peut-être pourquoi les plantes que nous créons avec notre nouvelle technique d’édition d’ADN ne sont pas considérées comme des OGM ? C’est une bonne question.

Le qualificatif de modifié géntiquement se réfère à des plantes et des animaux qui ont été modifiés d’une manière qui ne serait pas apparue naturellement à travers l’évolution. Un exemple très évident implique le transfert d’un gène d’une espèce à une autre pour doter l’organisme d’un nouveau caractère : comme la résistance aux parasites ou une tolérance accrue à la sécheresse.

Mais dans notre travail, nous ne découpons pas et ne collons pas les gènes d’animaux ou de bactéries dans des plantes. Nous utilisons des technologies d’édition du génome pour introduire de nouveaux caractères végétaux en réécrivant directement le code génétique des plantes. Cela présente l’avantage d’être plus rapide et plus précis que la culture conventionnelle (sélection des plantes), tout en étant moins controversé que les techniques OGM.

Le 28 mars 2018, le secrétaire américain à l’Agriculture, Sonny Perdue, a annoncé que l’USDA (le Département de l’Agriculture des États-Unis) ne réglementerait pas les nouvelles variétés de plantes développées avec les technologies d’édition du génome à condition que les plantes obtenues soient indiscernables de celles développées par les méthodes traditionnelles. En revanche, une plante qui comprend un gène ou des gènes d’un autre organisme, comme les bactéries, est considérée comme un OGM. C’est une des raisons pour laquelle de nombreux chercheurs et entreprises préfèrent utiliser CRISPR en agriculture chaque fois que c’est possible.

## Des gazons plus faciles à entretenir grâce à CRISP

L’outil d’édition de gènes que nous utilisons s’appelle CRISPR et a été adapté des systèmes de défense des bactéries. Ces systèmes naturels ont été modifiés afin que les scientifiques puissent éditer l’ADN des plantes, des animaux, des cellules humaines et des micro-organismes. Cette technologie peut être utilisée de plusieurs façons, notamment pour corriger les erreurs génétiques causant des maladies chez les humains, pour concevoir des animaux utilisés pour la recherche sur les maladies et pour créer de nouvelles variations génétiques qui peuvent accélérer l’amélioration des cultures.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Yi Li inspecte ses plantes éditées par la technique CRISPR dans son laboratoire. Xiaojing Wang, CC BY-SA</figcaption></figure>

Afin d’utiliser CRISPR pour introduire un trait utile dans une plante cultivée, il faut d’abord connaître les gènes qui contrôlent ce dernier. Par exemple, des études ont montré qu’une hormone végétale appelée gibbérelline définit la hauteur des plantes. Le gène GA20-ox contrôle la quantité de gibbérelline produite dans les plantes. Pour créer une race de gazon de faible taille, par exemple, nous modifions l’ADN de cette plante, en changeant la séquence de l’ADN qui constitue ce gène afin de réduire la production du gène GA20-ox. Avec cette quantité de gibbérelline plus faible, l’herbe ne poussera moins haut et aura besoin d’être tondue moins souvent.

Pour utiliser CRISPR dans les plantes, l’approche standard consiste à insérer les gènes CRISPR qui codent les machines d’édition CRISPR-Cas9 dans l’ADN de la cellule végétale. Lorsque le gène CRISPR-Cas9 est actif, il va localiser et réécrire la section pertinente du génome de la plante, créant le nouveau caractère.

Petit problème… Pour effectuer l’édition d’ADN avec CRISPR-Cas9, vous devez d’abord modifier génétiquement la plante avec des gènes CRISPR étrangers : ce qui en ferait un OGM !

## Utiliser CRISPR sans créer d’OGM

Pour les plantes comme le maïs, le riz ou la tomate qui complètent leur cycle de vie de la germination à la production de graines en un an, les gènes CRISPR peuvent être facilement éliminés des plantes éditées. Certaines graines produites par ces plantes ne portent pas de gènes CRISPR, seulement les nouveaux caractères.

Mais ce problème est beaucoup plus délicat pour les plantes vivaces qui nécessitent jusqu’à 10 ans pour atteindre le stade de la production de fleurs et de graines. Il serait trop long d’attendre des graines exemptes de gènes CRISPR.

Mon équipe de l’Université du Connecticut et mes collaborateurs de l’Université agricole de Nanjing, de l’Université de Floride, de l’Université agricole de Hunan et de l’Université de Californie à San Diego ont récemment mis au point une nouvelle technique d’utilisation de CRISPR pour intégrer de manière fiable des caractères souhaitables dans les plantes cultivées sans introduire de gènes bactériens étrangers.

Nous avons d’abord conçu un microbe à partir d’Agrobacterium : une bactérie du sol, avec les gènes CRIPSR. Ensuite, nous prenons de jeunes feuilles ou des pousses de plantes et les mélangeons dans des boîtes de Petri avec les bactéries et les incubons ensemble pendant quelques jours. Cela donne aux bactéries le temps d’infecter les cellules et de fournir le mécanisme d’édition des gènes, qui modifie ensuite le code génétique de la plante.

L’Agrobacterium sert essentiellement de cheval de Troie, apportant tous les outils d’édition dans la cellule. Les gènes bactériens ou les gènes CRISPR ne s’intègrent pas au génome de la plante : ils font juste le travail d’édition de gènes. Toutes les plantes dérivées de ces cellules ne sont alors pas considérées comme des OGM.

Après quelques jours, nous pouvons cultiver des plantes à partir des cellules végétales éditées. Il faut plusieurs semaines ou mois pour faire pousser une plante éditée qui pourrait être plantée dans une ferme. Le plus difficile est de déterminer quelles plantes sont modifiées avec succès. Mais nous avons aussi une solution à ce problème et avons développé une méthode qui ne prend que deux semaines pour identifier les plantes éditées.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Les herbes de pelouse plus courtes sur la gauche (ivraie vivace) doivent être tondues moins fréquemment que leur homologue conventionnel, montré sur la droite. Les herbes plus courtes ont été produites en utilisant une technique de sélection végétale traditionnelle. Yi Li utilise actuellement la technique CRISPR pour créer des graminées d’autres espèces nécessitant moins d’entretien. Yi Li, CC BY-SA</figcaption></figure>

## Des gazons maîtrisés génétiquement

Avant de distribuer les plantes aux agriculteurs pour les planter dans leur champ, celles éditées seront soigneusement évaluées pour détecter les défauts évidents de croissance et de développement ou leurs réponses à la sécheresse, aux températures extrêmes, aux maladies et aux attaques d’insectes. De plus, le séquençage de l’ADN des plantes éditées une fois qu’elles ont été développées peut facilement identifier toutes les mutations non ciblées significatives indésirables.

Outre les agrumes, notre technologie devrait s’appliquer à la plupart des plantes vivaces comme la pomme, la canne à sucre, le raisin, la poire, la banane, le peuplier, le pin, l’eucalyptus et certaines cultures annuelles telles que la fraise, la pomme de terre et la patate douce.

Nous voyons également un rôle pour les technologies d’édition du génome dans beaucoup d’autres plantes utilisées dans les industries agricoles, horticoles et forestières. Par exemple, nous créons des variétés de gazon qui nécessitent moins d’engrais et d’eau.