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Génie génétique plus précis pour les plantes
L'ingénierie génétique des plantes est un processus qui prend beaucoup de temps. Les méthodes actuellement utilisées pour apporter des changements génétiques sont imprécises, il est donc souvent nécessaire de générer des milliers de plantes pour en trouver une qui présente l'altération souhaitée. Deux articles dans cette semaine La nature détailler l'utilisation d'une technologie génétique qui permet aux scientifiques de cibler plus précisément les génomes des plantes. La méthode, qui a déjà été utilisée chez les animaux et dans les cellules humaines, peut être utilisée pour introduire un nouveau gène, apporter de petites modifications aux gènes existants ou empêcher l'expression d'un gène ; elle permet également d'introduire plusieurs modifications génétiques différentes dans une même plante.
Fixation des gènes : À l'aide d'une nouvelle technique, les chercheurs ont modifié un gène des plants de tabac pour les rendre résistants aux herbicides. Les plantes illustrées à gauche sont capables de prospérer lorsqu'elles sont exposées à un herbicide, par rapport aux plantes témoins à droite.
Nous avons maintenant un certain contrôle sur le code génétique de la plante, dit Daniel Voytas , auteur principal de l'un des articles et généticien à l'Université du Minnesota. La technique permet non seulement des changements plus précis, mais elle augmente considérablement l'efficacité de la génération de plantes génétiquement modifiées à utiliser comme nourriture ou carburant, ou pour absorber le carbone et nettoyer l'environnement. Si vous pouvez livrer un gène au même endroit à chaque fois avec précision, cela pourrait changer le paysage réglementaire et réduire le coût de création de ces plantes transgéniques, dit-il.
Vipula Shukla, scientifique à Dow AgroSciences , qui a dirigé l'autre étude, affirme que pour les scientifiques des plantes, tous les outils conventionnels qui sont à notre disposition sont basés sur des méthodes qui apportent des modifications aléatoires aux génomes des plantes. Ces méthodes comprennent l'utilisation d'un vecteur bactérien pour transférer l'ADN dans une cellule végétale, ou le dynamitage physique des particules recouvertes d'ADN dans les cellules. L'ADN introduit de ces manières, dit Shukla, peut atterrir n'importe où dans le génome de la plante et avoir des effets secondaires inattendus comme la modification d'un gène existant ou la production de plusieurs copies du gène d'intérêt. Les scientifiques génèrent généralement de nombreuses plantes, puis les sélectionnent pour trouver celles dans lesquelles le changement souhaité a réussi.
Les deux nouvelles études, l'une dirigée par Dow et l'autre par un consortium universitaire, ont utilisé une technologie de ciblage génique appelée nucléases à doigt de zinc, des protéines synthétiques capables de cibler avec précision des emplacements dans le génome et d'apporter des modifications génétiques spécifiques.
Les nucléases à doigt de zinc fonctionnent en cassant les deux brins d'ADN à un site spécifique du génome. Cette double rupture incite les propres machines de réparation de la cellule à réparer la faille. La machinerie recherchera souvent un morceau d'ADN similaire à la région endommagée à copier et coller dans le génome. En fournissant un morceau d'ADN qui contient les séquences du gène d'origine avec les changements souhaités, soit l'ajout d'un nouveau gène, soit un changement de séquence, les scientifiques peuvent inciter la cellule à modifier le code génétique pendant qu'elle répare la rupture. La technologie peut également être utilisée pour bloquer un gène en tirant parti d'un autre mécanisme de réparation dans lequel la cellule relie simplement les deux extrémités cassées, ce qui supprime ou insère souvent de nouvelles séquences d'ADN dans le site de réparation, résultant en un code ADN qui peut ' être lu correctement.
Le groupe Dow a utilisé la méthode pour introduire deux changements dans le maïs, une plante souvent utilisée pour l'alimentation animale. Les chercheurs ont ciblé un gène impliqué dans la production de phytates, des produits chimiques contenus dans le maïs que la plupart des animaux ne peuvent pas digérer, et ont utilisé le gène comme plate-forme d'atterrissage pour insérer un autre gène qui confère à la plante une tolérance aux herbicides. Dans le même temps, ils ont perturbé le gène cible afin que la plante produise moins de phytates, qui, selon Shukla, peuvent également s'accumuler sous forme de déchets dans les eaux de ruissellement des fermes. La capacité d'empiler les traits souhaités de cette manière n'est pas facile à réaliser avec les technologies existantes.
Le groupe académique a utilisé une méthode similaire, développée par le Consortium de doigts de zinc , une équipe internationale de chercheurs engagés dans le développement d'une plate-forme accessible au public pour l'ingénierie des nucléases à doigt de zinc. Plutôt que d'ajouter un nouveau gène dans une plante, les chercheurs ont utilisé des nucléases à doigt de zinc pour introduire une séquence génétique modifiée dans un gène existant dans les plants de tabac ; la protéine codée par le gène est une cible des herbicides, et les altérations rendent les plantes résistantes aux herbicides. Voytas dit que la possibilité d'apporter des changements aussi subtils au sein d'un gène donnera aux chercheurs une nouvelle façon d'étudier la biologie végétale.
La méthode nécessite toujours de générer plusieurs plantes et de les trier pour trouver celles qui ont été modifiées avec succès, mais les nombres se comptent par dizaines ou centaines, plutôt que par milliers ou dizaines de milliers. Shukla estime que la technologie réduit de moitié environ le temps nécessaire à la conception d'une usine. Le procédé nécessite également la création de nucléases à doigt de zinc spécifiques à une application particulière. Shukla dit que Dow utilise déjà sa plate-forme pour créer les molécules dans ses produits internes ainsi que dans des projets de recherche universitaire, et qu'il prévoit d'octroyer une licence pour la technologie à des fins académiques, commerciales et humanitaires. Voytas dit que le Zinc Finger Consortium met sa méthode à la disposition du public et proposera des sessions de formation à la technique.
Matthieu Porteus , biochimiste à l'Université du Texas à San Antonio, qui a écrit un éditorial d'accompagnement dans La nature , dit que les deux articles sont les premiers exemples de chercheurs qui ont choisi un gène d'intérêt, concevant des nucléases à doigt de zinc pour ce gène et utilisant les nucléases pour créer des modifications spécifiques dans les plantes. Porteus, qui a étudié les nucléases à doigts de zinc comme méthode de thérapie génique chez l'homme, dit que l'intérêt pour les nucléases à doigts de zinc a augmenté au cours des dernières années. Ils sont utilisés comme moyen de créer des mutations précises chez le poisson zèbre, et un essai clinique sur l'homme vient juste de commencer qui testera l'utilisation de nucléases à doigt de zinc pour créer des altérations génétiques dans les cellules T de patients infectés par le VIH, dans l'espoir de faire leurs cellules mieux capables de combattre l'infection.