Ces dernières années, la technologie de l'édition génétique du CRISPR a transformé la recherche agricole, ouvrant de nouvelles voies pour développer des cultures capables de résister aux maladies dévastatrices. Parmi ces cultures, les tomates, fruit consommé à l'échelle mondiale dans les cuisines italiennes à l'Inde, ont été à l'avant-garde des efforts scientifiques visant à accroître la résistance aux maladies. L'élevage traditionnel de tomates prend souvent des années pour produire des variétés résistantes, et les pesticides chimiques demeurent une solution commune mais coûteuse pour l'environnement.

Comprendre la technologie CRISPR-Cas9

Le CRISPR, qui désigne les répétitions palindromiques courtes interespaces régulièrement, est un système de défense naturel chez les bactéries que les scientifiques ont réutilisées pour créer un puissant outil de correction des gènes. Le système comprend deux composants principaux : un ARN guide (ARNg) qui correspond à une séquence d'ADN cible et une protéine Cas9 qui agit comme ciseaux moléculaires. Lorsqu'il est introduit dans une cellule végétale, l'ARN guide dirige Cas9 vers l'emplacement précis du génome où un changement est souhaité. Cas9 coupe ensuite les deux brins d'ADN, déclenchant les mécanismes naturels de réparation de la cellule. Les chercheurs peuvent soit désactiver un gène en introduisant de petites insertions ou suppressions (indels) qui perturbent sa fonction, soit insérer une nouvelle séquence si un modèle de réparation est fourni.

Par rapport aux méthodes traditionnelles de reproduction, qui reposent sur des mutations aléatoires ou des croisements et qui prennent de nombreuses générations, le CRISPR est remarquablement efficace. Il peut apporter des modifications ciblées en une seule génération, généralement en moins d'un an pour les tomates.Cette rapidité et précision réduisent également le risque d'introduction de caractères indésirables – un problème commun dans l'hybridation conventionnelle.

Principales maladies à la tomate ciblées par le CRISPR

Les tomates sont sensibles à une vaste gamme d'agents pathogènes bactériens, fongiques et viraux qui causent des pertes de rendement importantes dans le monde entier. Les chercheurs se tournent de plus en plus vers le CRISPR pour conférer une résistance à ces menaces sans compter sur des traitements chimiques.

La Wilte bactérienne

]Ralstonia solanacearum est l'une des maladies les plus destructrices de la tomate dans les régions tropicales et subtropicales.Le pathogène infecte le xylème, bloquant le transport de l'eau et entraînant une flétrissement soudain et la mort des plantes.Les méthodes de contrôle traditionnelles comprennent la rotation des cultures, les racines résistantes et la fumigation chimique, mais elles sont souvent inefficaces.Les scientifiques ont utilisé le gène CRISPR pour éliminer le gène DMR6 (résistance au mildew downy 6) chez les tomates.Le gène DMR6 supprime normalement les réponses immunitaires naturelles de la plante; le désactivation déclenche l'activation constitutive des voies de défense, conférant une résistance non seulement au mildew bactérien mais aussi à d'autres pathogènes tels que le mildew downy et Pseudomonas syringae.

Feu tardif

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Fusarium Wilt

Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, est une maladie vasculaire qui provoque le jaunissement, le flétrissement et la croissance retardée. Il est particulièrement problématique dans la culture intensive en serre. Le CRISPR a été utilisé pour introduire de nouveaux allèles de résistance en éditant le gène Solyc09g000950, membre de la famille I (Immunité) du gène. En 2020, une équipe de l'Université de Californie, Davis, a réussi à modifier le gène I-3] de résistance pour conférer une résistance aux trois races de ][FLT][FLT][FLT:][FLT:][FLT:][F][F][F][F][F]

Maladies virales

Le virus de la courbe jaune des feuilles de tomate (TYLCV), transmis par les mouches blanches, est l'une des maladies virales les plus dommageables chez la tomate, causant le curling des feuilles et une réduction sévère du rendement. Le CRISPR a été déployé pour cibler directement le génome viral dans les plantes infectées.En concevant des ARN guides qui se lient aux régions conservées du génome TYLCV, Cas9 peut cliver l'ADN viral, arrêtant la réplication.Cette stratégie a été démontrée pour la première fois en 2015 dans Plantes naturelles, où les chercheurs ont démontré que l'expression du CRISPR-Cas9 dans les plantes de tomates a conféré une résistance à plusieurs géminivirus, y compris le virus TYLCV et le virus de la courge des betteraves.

Principaux jalons de la recherche dans les tomates modifiées par le CRISPR

En 2017, des chercheurs de l'Université Johns Hopkins ont utilisé le gène DMR6 pour obtenir une résistance à large spectre. La même année, une équipe japonaise a édité la voie de chasse [GABA[ (acide gamma-aminobutyrique) pour produire des tomates à haut taux d'acide aminé bénéfique, qui a été liée à une pression artérielle plus faible, un trait entièrement sans rapport avec la résistance à la maladie, mais démontrant la polyvalence de la technologie. Cette tomate à haut niveau de GABA, nommée «Sicilian Rouge High GABA», a été approuvée pour la vente au Japon en 2021.

Une autre étape importante est venue en 2019 lorsque des scientifiques de l'Université de Göttingen et de l'Université de Californie, Berkeley, ont utilisé le CRISPR pour domestiquer rapidement des espèces de tomates sauvages ([Solanum pimpinellifolium[) en éditant seulement une poignée de gènes contrôlant la taille, la forme et la maturation des fruits.

Plus récemment, en 2023, une équipe de l'Académie chinoise des sciences agricoles a publié une étude dans Nature Biotechnologie[ décrivant un système CRISPR multiplex qui a simultanément édité cinq gènes différents chez la tomate, créant des plantes avec une résistance combinée à l'oïdium, aux taches bactériennes et aux acariens. Ce «pyramiding» des caractères de résistance par l'édition des gènes est un grand pas en avant, car il mimite le processus naturel d'empilement de gènes de résistance multiples – un exploit qui prendrait des décennies à utiliser la reproduction conventionnelle.

Avantages au-delà de la résistance aux maladies

Premièrement, la réduction de la dépendance à l'égard des pesticides chimiques présente des avantages directs pour l'environnement : moins d'agrochimiques dans le sol et l'eau, moins de dommages aux organismes non ciblés comme les pollinisateurs et moins d'émissions de carbone provenant de la production et de l'application de produits chimiques. Deuxièmement, pour les agriculteurs, les variétés résistantes aux maladies entraînent des rendements plus stables et des coûts d'intrants plus faibles, particulièrement pour les petits exploitants des pays en développement qui n'ont souvent pas accès à des fongicides et des bactéricides coûteux.

Par exemple, l'édition du gène SlALMT9 augmente la teneur en malate du fruit, ce qui améliore la saveur et l'acidité. L'édition du gène SP (Auto-portion) peut modifier l'architecture végétale pour la récolte mécanique. La combinaison de la résistance à la maladie et des qualités organoleptiques améliorées est un objectif réaliste à moyen terme, comme en témoignent les efforts déployés pour intégrer le caractère élevé de la GABA dans les variétés qui portent déjà des modifications dmr6. L'effet cumulatif de ces modifications empilées pourrait révolutionner l'agriculture de tomates, rendant la culture plus résistante, nutritive et appétissante.

Paysage réglementaire et commercial

Le Département de l'agriculture des États-Unis (USDA) a indiqué qu'il ne réglementera pas les plantes à édition génomique qui ne contiennent pas d'ADN étranger d'un phytoravageur, exemptant ainsi la plupart des tomates dérivées du CRISPR des règlements rigoureux appliqués aux organismes génétiquement modifiés (OGM). Au Japon, les règles sont tout aussi permisives; la tomate à forte teneur en GABA a été approuvée sans qu'il soit nécessaire d'en faire un OGM. Le Canada et plusieurs pays d'Amérique du Sud ont également adopté des cadres rationnels qui évaluent le produit final plutôt que le processus.

En revanche, la Cour de justice de l'Union européenne a statué en 2018 que les organismes obtenus par de nouvelles techniques de mutagenèse, y compris le CRISPR, relèvent de la directive OGM, qui exige une longue évaluation des risques et une étiquette.Cela a découragé les investissements dans les cultures issues du CRISPR en Europe, bien que les débats se poursuivent sur la révision du règlement.

Sur le plan commercial, le premier produit alimentaire édité par le CRISPR, la tomate à haute teneur en GABA, a été lancé au Japon en 2021 par Sanatech Seed, une start-up soutenue par l'Université de Tsukuba. Depuis, d'autres entreprises ont mis sur le marché des champignons non florissants et du soja à haute teneur en oléique, mais les tomates résistantes aux maladies sont toujours en attente d'approbation dans la plupart des régions.

Défis et limites

Malgré sa promesse, la technologie CRISPR n'est pas sans défis.Les modifications non ciblées – modifications non prévues d'autres parties du génome – demeurent préoccupantes, bien que les améliorations apportées à la conception des ARN guide et aux variantes Cas9 à haute fidélité aient considérablement réduit leur fréquence.L'incertitude réglementaire, en particulier en Europe, entrave l'investissement et la commercialisation.La perception du public joue également un rôle: alors que les enquêtes montrent que les consommateurs d'Amérique du Nord et du Japon acceptent généralement les cultures éditées par CRISPR, les consommateurs européens et certains consommateurs asiatiques sont plus sceptiques, souvent en confluant l'édition génétique avec des OGM transgéniques.

Une autre restriction est que la résistance peut parfois être surmontée par des agents pathogènes en évolution.Tout comme pour les gènes de résistance traditionnels, la résistance conférée au CRISPR peut être efficace uniquement contre certaines souches ou pour un temps limité. L'entaillement de mécanismes de résistance multiples, comme le fait le montage multiplex, peut atténuer ce risque, mais la course aux armements entre les cultures et les agents pathogènes est en cours. La propriété intellectuelle est également un obstacle : les brevets CRISPR-Cas9 sont détenus par le Broad Institute et l'Université de Californie, et les droits de licence peuvent être prohibitifs pour les petites entreprises de semences, bien que des outils CRISPR à accès ouvert soient en cours de développement.

Enfin, la traduction des succès des laboratoires en conditions de terrain nécessite des essais multi-environnements minutieux pour s'assurer que les caractères modifiés sont stables et n'ont pas d'incidence négative sur le rendement ou la qualité des fruits. La mutation dmr6, par exemple, peut causer une légère pénalité de croissance dans certains milieux, même si cela peut être minimisé en choisissant des lignées parentales appropriées.

Perspectives d'avenir

Les chercheurs explorent des techniques encore plus récentes de montage, telles que l'édition de base et l'édition de premier ordre, qui permettent des changements à un seul nucléotide sans ruptures à double brin, offrant une plus grande précision et une plus grande sécurité. La combinaison du CRISPR et de la sélection génomique pourrait accélérer encore les cycles de reproduction, créant des variétés de tomates non seulement résistantes aux maladies mais également adaptées aux changements climatiques, avec une meilleure tolérance à la chaleur, une meilleure efficacité d'utilisation de l'eau et une tolérance à la salinité.

Les collaborations internationales, telles que celles financées par le Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO)[, s'efforcent de mettre les outils du CRISPR à la disposition des éleveurs du secteur public des pays en développement, où les maladies des tomates sont les plus aiguës. L'objectif est de démocratiser l'accès aux technologies de la édition génétique afin que les petits agriculteurs d'Afrique et d'Asie puissent bénéficier de tomates résistantes aux maladies sans compter sur des multinationales.

Conclusion

Les chercheurs ont développé des tomates capables de résister à la flétrissement bactérien, à la brûlure tardive, à la flétrissure de fusariose et aux infections virales, des maladies qui causent collectivement des milliards de dollars de pertes annuelles. La rapidité, la précision et la polyvalence de la technologie offrent des avantages distincts par rapport à la reproduction traditionnelle et au contrôle chimique. Bien que la réglementation, la perception du public et les défis techniques demeurent, les premières tomates commerciales issues du CRISPR sont déjà sur le marché japonais et beaucoup d'autres sont en train de s'y implanter.