Sécurité alimentaire : l’édition du génome permet d’obtenir du riz résistant à de multiple pathogènes

Les maladies des céréales représentent une menace sérieuse pour la sécurité alimentaire globale. Ces maladies peuvent être causées par des bactéries, des champignons ou des virus. L’attaque des céréales par les champignons est la première cause de baisse de rendement en céréales à travers le monde, mettant en danger de nombreuses personnes d’un point de vue alimentaire. A titre d’exemple, les attaques par le champignon Magnaporthe oryzae est à elle seule responsable chaque année de la perte de production en grain de riz qui aurait été suffisante pour nourrir l’équivalent de 60 millions de personnes à travers le monde. Très peu de céréales issues de l’amélioration des plantes, et présentant un large spectre de résistance aux attaques pathogènes, ont été utilisées en plein champ. Ces plantes, certes résistante aux pathogènes, présentent un rendement de production plus faible, remettant en question leur utilité en plein champ. Un des grands enjeux de la sécurité alimentaire mondiale est de comprendre comment les plantes arrivent à s’adapter à des conditions environnementales de plus en plus difficiles au vue du changement climatique. Les plantes ont la capacité remarquable de s’adapter rapidement, mais à quel prix ?

L’adaptation ou la capacité à résister à un pathogène a un coût pour la plante qui cherche continuellement des compromis entre survie et croissance. Une étude menée conjointement par des équipes chinoise, américaine et française vient de montrer qu’un compromis vertueux est possible. Les chercheurs ont d’abord identifié par criblage génétique une mutation qui induit la résistance du riz aux attaques pathogènes de 10 souches différentes du champignon Magnaporthe oryzae, 5 souches de la bactérie Xantomonas oryzae et 2 souches du champignon ascomycète Ustilaginoidea virens. De plus, plusieurs cultivars de riz portant la mutation montrent les mêmes résultats face aux pathogènes. Ce large spectre de résistance aux pathogènes présente un intérêt considérable, malheureusement cette mutation cause une réduction drastique en rendement. En utilisant des outils moléculaires d’édition du génome par la technologie CRISPR/Cas9, les scientifiques ont ensuite produit une version éditée génétiquement de la mutation. Cette dernière ne provoque pas de perte de rendement et confère à la plante une résistance aux pathogènes, aussi bien en conditions contrôlées de laboratoire qu’en conditions réelles de plein champs. Le gène édité, appelé RBL1^Δ12 (RESISTANCE TO BLAST1^VARIANT12), code une enzyme de la voie de biosynthèse des lipides des membranes biologiques.

Les membranes biologiques sont des assemblages supramoléculaires de lipides et de protéines qui se régulent mutuellement. L’enzyme RBL1 permets la synthèse d’un lipide, appelé le phosphatidylinositol-bi-phosphate (PIP₂), qui est enrichi au niveau du site d’infection du pathogène. Le champignon utilise le PIP₂ de l’hôte pour l’infecter, réduire le niveau de PIP₂ est donc bénéfique à la plante du point de vue de la résistance au pathogène. Cependant, la plante utilise ce lipide pour de nombreux processus développementaux, par conséquent la réduction de PIP₂ est défavorable à la croissance de la plante. La régulation fine de cette enzyme par édition génétique a permis de trouver un compromis vertueux pour la plante.

Grâce à des outils de pointes de métabolomique disponibles au sein de l’Infrastructure Nationale Metabohub les scientifiques ont pu associer la résistance du riz aux pathogènes sans pénalités de croissance à une quantité intermédiaire du lipide PIP₂ dans le variant édité génétiquement. Ces travaux montrent la puissance des outils d’édition du génome ainsi que leur intérêt pour la sécurité alimentaire mondiale et ouvrent la voie à de futures avancées majeures en amélioration des plantes d’intérêt agronomique.

En savoir plus :
Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance, Nature, 2023 Jun 14. doi: 10.1038/s41586-023-06205-2. Online ahead of print.