« La méthode d’édition du génome ne doit pas être opposée aux méthodes de sélection traditionnelles. "Il s'agit plutôt d'un outil nouveau", souligne le responsable du laboratoire de résistance des plantes au stress Institut panrusse de recherche en biotechnologie agricole (VNIISB) Vasily Taranov. – Il était une fois des chirurgiens qui effectuaient des opérations au couteau, puis ils apparaissaient scalpels, puis lasers. Des options complètement différentes sont devenues disponibles pour la chirurgie. Le génie génétique offre donc un outil avec lequel vous pouvez prendre et améliorer quelque chose, mais il n’annule ni ne remplace tout ce qui était utilisé auparavant.
L'Institut panrusse de recherche en biotechnologie agricole (VNIISB) exploite un laboratoire sur la résistance des plantes au stress, dont les travaux s'effectuent dans deux directions principales : la recherche de gènes qui déterminent la résistance des plantes aux stress abiotiques et biotiques et l'édition du génome. des plantes cultivées afin d’augmenter leur résistance au stress. Le domaine de recherche des scientifiques comprend les pommes de terre et les légumes de pleine terre.
Nous discutons avec le chef du laboratoire Vasily Taranov et la chercheuse principale Marina Lebedeva des caractéristiques et des avantages des technologies les plus récentes, des résultats qu'elles peuvent obtenir et des problèmes des producteurs agricoles russes que les scientifiques du laboratoire utilisent pour résoudre.
– Aujourd’hui, on parle beaucoup de la nécessité d’accélérer le processus de sélection. On pense que la méthode d’édition du génome permet d’y parvenir. C'est vrai?
VERMONT.: Il serait plus correct de dire que les méthodes biotechnologiques contribuent moins à accélérer la sélection qu'à élargir les capacités des scientifiques. Le processus de travail sur une variété reste encore assez long, puisqu'il s'agit de plantes qui ont un certain cycle de vie.
Mais il devient possible pour les spécialistes d’obtenir des résultats qu’il serait extrêmement difficile (voire impossible) d’obtenir avec les méthodes de sélection traditionnelles.
Avec l’aide de l’édition génomique, nous pouvons introduire délibérément une mutation qui affecte directement une caractéristique spécifique d’une variété, tout en gardant inchangé le reste du complexe de caractères économiquement précieux.
M.L. : Imaginez que nous souhaitions introduire un gène de résistance provenant d’une pomme de terre sauvage dans notre variété cultivée en utilisant des méthodes de sélection traditionnelles. Pour ce faire, l'éleveur réalise une série de croisements du « sauvage » avec certaines lignées culturelles. Le problème est qu'en plus du gène de résistance, tous les autres gènes « sauvages » sont transférés à la variété, ce qui est le plus souvent extrêmement indésirable. Le génie génétique vous permet de prendre/modifier un seul gène souhaité.
– Il existe un point de vue selon lequel, bien que la méthode d'édition du génome soit connue depuis environ 10 ans, elle n'a pas encore donné de résultats commerciaux notables.
VERMONT.: Ce n'est pas tout à fait vrai. Les plus grandes sociétés de sélection du monde utilisent l'édition du génome et ne s'en cachent pas. Mais nous ne savons pas exactement ce qu’ils font et quels résultats ils obtiennent.
Les réalisations ne sont pas annoncées car il est plus coûteux de commercialiser une plante transformée par des méthodes de génie génétique que celle obtenue de manière traditionnelle. Et parfois, c’est tout simplement impossible à faire.
Dans le même temps, il est très difficile de prouver que l’édition du génome a été utilisée pour créer une variété particulière à l’aide des méthodes existantes.
Lors du test, les spécialistes rechercheront une séquence marqueur dans le génome de l'organisme ; si elle est présente, la plante sera reconnue comme génétiquement modifiée. Mais avec l’édition génomique, rien n’est introduit dans le génome, donc rien ne peut être trouvé.
Les changements affectent souvent non pas un seul gène, mais un endroit spécifique du gène, littéralement un nucléotide, une lettre. Et les milliards de lettres restantes restent telles quelles. Pour déterminer qu’une plante a été modifiée, il faut en fait lire l’intégralité de son génome, avec une couverture dix fois supérieure à la norme pour éliminer les erreurs. Personne ne fera une analyse aussi volumineuse et très coûteuse, et l'obtenteur pourra toujours affirmer qu'il a obtenu la plante par mutagenèse ou par sélection traditionnelle.
– M.L. : L’édition du génome en général, et en particulier l’expérience de l’utilisation de ces technologies sur les plantes, est une histoire assez récente.
Notamment parce que pour modifier une fonctionnalité, vous devez savoir quoi exactement et comment la modifier. Les caractères des plantes sont déterminés par des gènes, le plus souvent un ensemble de gènes, parmi lesquels des cibles appropriées pour l'édition doivent être sélectionnées. Mais élucider les fonctions et la régulation de gènes spécifiques qui contribuent aux caractères d’intérêt nécessite des études complexes et souvent longues. Par rapport aux animaux et aux humains, nous pouvons dire que nous ne connaissons pas très bien de nombreux mécanismes moléculaires des caractéristiques des plantes (par exemple, la résistance, la productivité, etc.). Dans le même temps, les génomes des plantes sont plus vastes et plus complexes, ce qui ne simplifie pas du tout la tâche. Cependant, beaucoup de choses sont déjà connues grâce à la recherche fondamentale en biologie végétale, et plus nous comprenons cela, plus nos possibilités de modification augmentent.
De plus, nous parlons d'une méthode qui permet de corriger certaines caractéristiques, mais pas d'introduire de nouvelles variétés sur le marché, travaux sur lesquels, malgré une certaine accélération, prennent encore des années.
– Les biotechnologues font-ils de l’édition génétique ? Comment déterminent-ils l’orientation réelle du travail (le but du montage) ?
VERMONT.: Le biotechnologue doit travailler en tandem avec un sélectionneur performant de la culture choisie et, idéalement, impliquer d'autres producteurs spécialisés. L'éleveur, en collaboration avec les agriculteurs, fixe la tâche, l'éleveur aide à sélectionner les génotypes appropriés. Nous consultons à notre tour des biochimistes et des généticiens, nous réfléchissons à ce que nous pouvons proposer sur cette base (les caractéristiques nécessaires ne sont pas toujours suffisamment étudiées d'un point de vue biologique). Nous examinons ce que nous pouvons réellement faire, effectuons notre étape de travail, rendons la lignée obtenue au sélectionneur et le sélectionneur apporte le résultat à la variété.
- L’édition du génome est-elle une technologie coûteuse ?
VERMONT.: Le coût d'obtention d'une plante dépend de la culture et du fait que la plante obtenue soit modifiée ou transgénique.
Si nous parlons d'équipement, alors pour une entreprise déjà engagée dans l'obtention de matériel exempt de virus et le microclonage, l'achat d'équipement et de réactifs pour l'édition du génome coûtera un montant relativement faible. L’obstacle au démarrage de tels travaux n’est peut-être pas le montant écrasant des investissements, mais le manque de personnel qualifié. Très peu de personnes sont capables d’assumer et d’accomplir une tâche aussi spécialisée.
Et revenons aux coûts : les progrès technologiques dans ce domaine sont très rapides. Les méthodes d'édition du génome, par exemple en 2012, lors de la découverte de CRISPR/Cas9 (une technologie d'édition du génome d'organismes supérieurs, basée sur le système immunitaire des bactéries), et celles dont nous disposons aujourd'hui sont très différentes. L'efficacité opérationnelle augmente d'année en année et les coûts diminuent.
M.L. : Cela peut être comparé au projet de séquençage du génome humain. Le premier génome humain a été séquencé par un consortium international pendant 10 ans pour 2.7 milliards de dollars simplement parce que de telles technologies étaient disponibles dans les années 90. Actuellement, le séquençage d’un génome humain complet coûte moins de 1000 XNUMX dollars et prend quelques jours.
– Passons maintenant à votre laboratoire, est-il axé sur les sciences fondamentales ou la recherche appliquée ?
VERMONT.: Nous essayons de faire les deux. Au départ, la priorité était donnée aux choses fondamentales, mais maintenant nous essayons d'appliquer nos développements à la pratique.
En ce moment, par exemple, nous étudions les mécanismes de résistance de la pomme de terre au virus Y. C'est un travail fondamental, mais en cas de succès, le résultat sera très intéressant pour la sélection de variétés résistantes.
M.L. : Les sciences fondamentales et appliquées sont étroitement liées ; l’une ne peut exister sans l’autre. Si nous ne savons pas comment le virus interagit avec la plante, avec quelles protéines spécifiques, nous ne pourrons pas les modifier pour rendre la plante résistante.
Nous menons des recherches sur le virus Y depuis 2018 et nous approchons maintenant du fait que dans les prochaines années, nous obtiendrons une formule de résistance, et à l'avenir le résultat pratique nécessaire : le plant de pomme de terre ne synthétisera pas de protéines virales, il sera résistant au virus.
– Coopèrez-vous avec des sociétés de sélection/éleveurs russes ?
VERMONT.: Dans le domaine des pommes de terre, nous travaillons avec la jeune sélectionneuse Maria Polyakova, communiquons activement avec des experts de l'Union de la pomme de terre et entretenons des contacts avec le Centre fédéral de recherche sur la pomme de terre. A.G. Lorja. En ce qui concerne le chou, nous interagissons avec les sélectionneurs et les producteurs de semences de l'Université agraire d'État de Russie-Académie agricole de Moscou. K.A. Timiryazev par Grigori et Socrate Monachos. Et dans ce que nous faisons dans ce domaine, nous nous laissons entièrement guider par eux.
– Et encore une fois sur les virus. Marina Valerievna, votre éventail d'intérêts scientifiques ne comprend pas seulement le virus Y. En 2023, vous avez reçu une subvention de la Fondation russe pour la science pour mener des recherches dans le cadre du projet « Étude des viromes de pommes de terre cultivées (Solanum tuberosum L.) à l'aide de méthodes de séquençage à haut débit ». Pourquoi ce sujet est-il intéressant ?
M.L. : Les pommes de terre, plus que de nombreuses autres plantes, souffrent de maladies virales, car elles se multiplient par voie végétative. Les virus s'accumulent dans les tubercules et sont transmis aux générations suivantes, de sorte que la charge virale augmente constamment. Quand on dit que les pommes de terre dégénèrent, c’est exactement de cela dont nous parlons.
Les virus ne sont pas des systèmes inertes ; ils interagissent activement avec la plante hôte et entre eux. Il existe des cas où une plante déjà atteinte d'un virus spécifique ne peut pas être infectée par un autre. Et il existe des virus qui ne peuvent infecter une plante seuls ; ils n’agissent qu’en coopération avec d’autres virus. Tout récemment, un ouvrage a été publié décrivant des formes de virus qui aident les plantes à survivre à la sécheresse. Une transition si inattendue du parasitisme au mutualisme.
Il n’existe aucun produit chimique efficace pour lutter contre les maladies virales des pommes de terre. Pour améliorer sa santé, des méthodes assez complexes et surtout coûteuses ont été développées : par culture in vitro, obtention de microtubercules. Mais le résultat ne dure que quelques générations. Pour trouver d’autres solutions, il faut étudier plus en détail les caractéristiques des virus, l’étude est donc très, très pertinente.
– GOST 33996-2016 « Semences de pommes de terre. Conditions techniques et méthodes de détermination de la qualité" cinq virus sont répertoriés (PVK - virus de la pomme de terre X ; SBK - virus de la pomme de terre S ; MVK - virus de la pomme de terre M ; YBK - virus de la pomme de terre Y ; VSLK - virus de l'enroulement des feuilles pomme de terre) et un viroïde (PSTV – Potato Fuseau Tuber Viroid). Allez-vous vous concentrer sur eux ?
M.L. : Mon projet vise à utiliser des méthodes à haut débit pour étudier les viromes (collections de virus) présents sur les pommes de terre en Russie. Ceci est intéressant à la fois du point de vue des complexes de différents virus trouvés sur une plante et du point de vue de la prévalence de ces virus.
Au total, plus de 50 virus présents sur les pommes de terre sont connus dans le monde. Ceux répertoriés dans GOST sont parmi les plus dangereux et présentent en outre des signes extérieurs clairs. Ainsi, la nécrose mosaïque est une manifestation courante de l’infection par le virus Y, et la présence du virus de l’enroulement des feuilles peut être déterminée par la déformation caractéristique des limbes des feuilles.
Mais il existe de nombreux virus qui ne se manifestent pas de manière phénotypique, bien qu’ils puissent également avoir un effet sur la culture. On les découvre rarement, mais uniquement parce qu’on ne les recherche pas.
A titre d'exemple, je peux citer les travaux de collègues de l'Institut panrusse de recherche sur la protection des végétaux (VIZR). En 2019, ils ont publié un article sur la découverte du virus de la pomme de terre P en Russie, alors qu'on pensait auparavant qu'il était distribué exclusivement en Amérique du Sud.
La question est de savoir que découvrirons-nous si nous ne regardons pas « sous le lampadaire » là où il fait jour, mais là où nous n’avons pas encore regardé.
– Où allez-vous mener vos recherches ?
M.L. : Selon les termes de la subvention, le projet durera deux ans. L'année dernière, nous avons collaboré avec une ferme de pommes de terre de la région de Toula, collecté du matériel, travaillé avec différentes variétés et reproductions. Cette année, nous irons dans d'autres régions et verrons quels virus on y trouve.
Les résultats de l'étude seront résumés en 2025 et nous en parlerons certainement aux producteurs de pommes de terre russes.