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CRISPR : amélioration variétale rapide et ciblée

24/10/2018 - François-Xavier Branthôme - Read in English
Physalis, cerise d’hiver, groseille du Cap, coqueret du Pérou, lanterne japonaise, amour en cage…

Peu de gens connaissent le goût du fruit du physalis ; avec ses longues branches étalées et ses fruits à maturation sporadique, la plante ne convient pas à l'agriculture à grande échelle.
Cela pourrait changer grâce à l'outil d'édition du génome dénommé CRISPR (« Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats » ou « Courtes répétitions palindromiques groupées et régulièrement espacées »). Le professeur Lippman, chercheur au Howard Hughes Medical Institute et au laboratoire de Cold Spring Harbor (CSHL), dirige une équipe qui dispose d’une connaissance approfondie de la plante de la tomate et des gènes qui contrôlent sa croissance. L’équipe a utilisé CRISPR, un outil de génie génétique à fort potentiel, pour mettre au point des plants de physalis présentant une végétation compacte, de taille raisonnable, qui produisent des fruits plus gros et plus abondants.
À ce jour, aucun travail de sélection traditionnelle n’a été entrepris pour systématiser la culture du physalis. Mais en raison de sa grande proximité avec la tomate, l'équipe de Lippman disposait d’indications précises et nombreuses sur les gènes qui contrôlent la croissance et la floraison de la plante. « Nous avions conscience de plusieurs cibles évidentes pour améliorer l’architecture de la plante, ainsi que sa productivité et la taille de ses fruits. »

Dans le numéro d’octobre 2018 de Nature Plants, les chercheurs décrivent les effets des modifications apportées par CRISPR sur trois gènes du physalis. L’équipe de Lippman a pu obtenir et mettre en évidence une modification de la production d’une hormone de régulation de la floraison, qui a débouché sur des plantes plus compactes, produisant des fruits groupés en grappes plutôt qu’isolés. Une modification apportée à une autre hormone de floraison a eu un effet sur la densité de production des fruits, les plantes portant une mutation générée par CRISPR de ce gène produisant jusqu'à 50% de fruits en plus sur une longueur de tige donnée que les plantes non modifiées. La troisième mutation a permis d’augmenter le nombre de sections abritant les graines dans chaque fruit, augmentant ainsi la taille globale des fruits
L’équipe de Lippman travaille sur d’autres aspects afin d’adapter la plante à la production à grande échelle. En moins de deux ans, l’équipe a produit des améliorations qui auraient pris beaucoup plus de temps avec les méthodes traditionnelles de sélection. Mais l’équipe réfléchit également au-delà des résultats obtenus sur le physalis, sur des implications beaucoup plus larges : « Il a été démontré de manière relativement concluante qu’avec l’édition génomique, il est possible d’envisager l’inclusion d’autres plantes sauvages ou cultures orphelines dans la production agricole », conclut Lippman.

Enrichir en lycopène grâce à une variété sauvage
Les mêmes outils CRISPR ont été mis en oeuvre par une équipe de chercheurs brésiliens, américains et allemands, qui a annoncé début octobre avoir produit une super-tomate particulièrement riche en lycopène, à l'aide de la technique de modification génomique CRISPR-Cas9. Plus que les modifications apportées, le temps nécessaire à l’obtention des résultats a été en lui-même un record : une génération a suffi aux chercheurs, qui travaillaient sur la variété sauvage d'Amérique du Sud Solanum pimpinellifolium, pour apporter grâce au CRISPR-Cas9 quelques modifications très précises à quelques gènes ciblés. 

Le choix de la variété sauvage Solanum pimpinellifolium solanacea, qui présente un aspect très différent des plants de tomates domestiqués qu’exploite aujourd’hui la filière industrielle, s’est inscrit dans une démarche volontaire de rupture avec les matériels génétiques présents sur le « marché » et a permis en quelque sorte de « réinitialiser » le travail de développement variétal. Les chercheurs de l’équipe dirigée par le professeur Jörg Kudla, de l'Université de Münster, se sont ainsi affranchi des effets négatifs de la sélection traditionnelle pratiquée depuis des décennies, que sont la réduction de la diversité génétique et la perte des caractéristiques utiles du matériel sauvage.
Les fruits de S. pimpinellifolium sont très petits, mais extrêmement riches en saveur et surtout beaucoup plus riches en lycopène. Les interventions pratiquées sur six gènes fondamentaux pour la domestication de la plante et le rendement de la culture ont permis d’obtenir une plante plus compacte, un fruit trois fois plus gros que le fruit sauvage et beaucoup plus allongé, et un nombre de fruits par grappe dix fois plus élevé que sur la variété originale.

« Cette démarche de domestication est entièrement nouvelle, en ce qu’elle permet de préserver le potentiel génétique et les propriétés particulièrement avantageuses des variétés sauvages tout en obtenant – dans un délai très court – une variété présentant les caractéristiques les plus utiles pour la culture », explique le professeur Kudla. La nouvelle tomate se distingue aussi et surtout par sa teneur en lycopène, plus de deux fois plus élevée que chez la variété sauvage et environ cinq fois plus élevée que chez la plupart des variétés « de table » ou utilisées en transformation industrielle. « Il s’agit d’une innovation décisive qui ne peut pas être réalisée par les processus traditionnels d’obtention semencière avec les tomates actuellement cultivées », conclut le professeur Kudla. « Du point de vue de la santé humaine, la tomate que nous avons créée présente probablement une valeur ajoutée comparée aux tomates de culture traditionnelle et aux autres légumes qui ne contiennent que des quantités très limitées de lycopène. »

Le frein de la réglementation
Les cultures issues de l’édition génomique devront être soumises aux mêmes réglementations sévères que les OGM conventionnels, selon une décision de la plus haute cour européenne le 25 juillet.
Cette décision, qui a été émise par la Cour de justice de l’Union européenne (ECJ) au Luxembourg, représente un revers important pour les partisans des cultures issues de l’édition génomique, dont de nombreux scientifiques. Ils avaient espéré que les organismes créés à l’aide des technologies d’édition génomique précises et relativement nouvelles comme le CRISPR–Cas9 seraient exemptés de la législation européenne qui limite les plantations et la vente des cultures OGM.
Au contraire, l’ECJ a décidé que les récoltes créées à l’aide de ces technologies seraient soumises à une directive de 2001. Il s’agit d’une loi développée pour d’anciennes techniques d’obtention, et elle impose d’importants obstacles au développement de cultures OGM pour l’alimentation. 
« Ce jugement est d’une importance considérable, et il est très rigide », a dit Kai Purnhagen, un universitaire et chercheur spécialisé en droit européen et international à l’Université de Wageningen aux Pays-Bas. « Il signifie que toutes les innovations comme les aliments impliquant CRISPR–Cas9 devront être passées au crible du long processus d’approbation de l’Union Européenne. » Cette situation ne va pas manquer de ralentir l’investissement dans les recherches agricoles à l’aide de ces outils en UE, a dit Purnhagen. « Du point de vue pratique, je ne pense pas que tout cela va intéresser le monde de l’industrie et du commerce », a-t-il rajouté.

Cette décision est « particulièrement décevante », a dit Nigel Halford, un généticien agricole au Centre de recherche de Rothamsted à Harpenden, au Royaume-Uni. Des techniques d’édition génomique continueront à servir comme outils de recherche dans le développement de nouvelles cultures, a-t-il ajouté, mais il ne pense pas que les entreprises européennes vont manifester beaucoup d’appétit pour leur développement. « Ils ne vont pas vouloir investir dans une technologie dont ils ne perçoivent pas le potentiel d’application commerciale », a dit Halford.

Pendant ce temps, l’organisation environnementale Friends of the Earth, s’est félicitée de la décision de la Cour dans un communiqué. Elle a également demandé que tous les produits fabriqués à partir de l’édition génomique soient réglementés, évalués pour leur impact sanitaire et environnemental, et étiquetés de manière claire.

Sources : www.cshl.edu, hortidaily.com, Diariodelweb, dx.doi.org, nature.com

Quelques données complémentaires
Pour plus d'informations : www.cshl.edu



 
 
 
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