Les techniques d’édition génomique, regroupées sous le terme de « New Genomic Techniques » (NGT), constituent de nouveaux outils qui peuvent être mobilisés dans les programmes de sélection variétale des plantes cultivées. Elles permettent de générer des modifications ciblées dans des gènes contrôlant des caractères d’intérêt en sélection. Entre avancées scientifiques et limites techniques, ces technologies suscitent un intérêt croissant.
Introduction
L’amélioration des plantes repose historiquement sur la sélection et les croisements de géniteurs d’intérêts, puis le tri des plantes dans les descendances, permettant d’identifier et de combiner des caractères d’intérêt au fil des générations. Depuis plusieurs décennies, les biotechnologies (Sélection Assistée par Marqueurs, Mutagénèse aléatoire, Culture In Vitro…) ont progressivement enrichi ces approches, en offrant de nouveaux outils pour améliorer et accélérer la création variétale
Parmi eux, les techniques d’édition génomique — souvent regroupées sous l’appellation « New Genomic Techniques » (NGT) — viennent enrichir la boite à outils des sélectionneurs en permettant de modifier de manière ciblée des séquences d’ADN. Issues de travaux récents, elles ouvrent de nouvelles perspectives en sélection végétale, notamment dans un contexte de transition agricole et d’adaptation au changement climatique.
1. Qu’est-ce que l’édition génomique ?
Un peu d’histoire
L’édition génomique désigne un ensemble de techniques permettant de modifier de façon précise et ciblée la séquence d’ADN d’un organisme vivant. Les premières techniques, apparues dans les années 1990, reposaient sur des protéines appelées nucléases à doigts de zinc (ZFN), puis sur les TALENs (Transcription Activator-Like Effector Nucleases) dans les années 2000. Ces outils restaient cependant coûteux et complexes à mettre en œuvre.
C’est en 2012 que la publication de Jennifer Doudna et Emmanuelle Charpentier dans la revue Science marque un tournant décisif : elles décrivent le système CRISPR-Cas9 et son potentiel en tant qu’outil d’édition génomique (Jinek et al., 2012). Cette découverte leur vaudra le prix Nobel de Chimie en 2020.
Le principe de CRISPR-Cas9
CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) est, à l’origine, un mécanisme de défense naturel des bactéries contre les virus (Barrangou et al.,2007).
Les scientifiques ont adapté ce système pour en faire un outil de modification ciblée de l’ADN (édition génomique).
Son fonctionnement repose sur deux éléments principaux :
• Un ARN guide (guide RNA) : une courte séquence d’ARN synthétique conçue pour reconnaître et se lier à une séquence spécifique de l’ADN.
• La protéine Cas9 : une enzyme qui agit comme des « ciseaux moléculaires » et coupe l’ADN à l’endroit précis identifié par l’ARN guide.
L’enzyme Cas9 est guidée par l’ARN guide vers une séquence précise de l’ADN. Une fois cette séquence reconnue, l’enzyme provoque une coupure. Les mécanismes naturels de réparation de la cellule interviennent alors, ce qui peut conduire à différentes modifications de l’ADN : suppression de fragments, insertion ou substitution de bases nucléotidiques. Cette approche permet ainsi d’introduire des modifications ciblées, sans recourir à l’introduction d’un gène provenant d’une autre espèce.
Différence avec les OGM transgéniques
Les OGM, tels que définis dans la directive 2001/18/CE, introduisent des gènes étrangers dans le génome d’une plante, parfois issus d’espèces non compatibles naturellement, avec une insertion plus aléatoire dans le génome. À l’inverse, les NGT permettent d’apporter des modifications précises directement dans l’ADN de la plante, sans ajouter de matériel génétique externe. Les plantes de catégorie NGT1, obtenues par un nombre limité de mutations, sont considérées comme pouvant apparaître naturellement ou avoir été produites par des techniques traditionnelles.
2. Exemples d’applications en sélection végétale
Les NGT permettent d’agir directement sur des gènes d’intérêt, réduisant le temps nécessaire à l’obtention de nouvelles variétés.
Résistance aux maladies
Des travaux ont montré qu’il est possible d’inactiver des gènes de sensibilité, c’est-à-dire des gènes qui facilitent l’infection de la plante par des agents pathogènes, chez des espèces comme le blé ou le riz, renforçant la résistance intrinsèque des plantes à certains agents pathogènes (Wang et al., 2014 ; Oliva et al., 2019).
Qualité des produits
Chez la tomate, des travaux ont permis de modifier des gènes impliqués dans la maturation et la composition du fruit. Ces modifications peuvent conduire à une amélioration de la conservation et à une variation de certains composés d’intérêt nutritionnel (Li et al, 2018 ; Yu et al., 2017).
Ces exemples illustrent la capacité des NGT à intervenir sur des caractères variés, allant de la résistance aux stress à la qualité des récoltes.
3. Avantages et limites des NGT
Les NGT présentent plusieurs atouts par rapport aux méthodes de sélection traditionnelles. Leur principal avantage réside dans la précision des modifications apportées au génome. Il devient possible de cibler un gène, ou une séquence précise, ce qui limite les modifications non souhaitées. Ces techniques permettent également de réduire significativement les délais de développement de nouvelles variétés, un point particulièrement utile dans un contexte de changement climatique et d’évolution des pressions sanitaires.
Cependant, ces technologies présentent aussi des limites. Des modifications non intentionnelles, appelées effets « hors cible », peuvent survenir, même si leur fréquence tend à diminuer avec l’amélioration des outils et méthodes. Par ailleurs, de nombreux caractères agronomiques sont contrôlés par plusieurs gènes, ou reposent sur l’interaction entre plusieurs gènes, ce qui rend leur modification plus complexe. Enfin, l’accès à ces technologies peut être inégal selon les acteurs, en raison notamment de contraintes techniques, économiques ou liées à la propriété intellectuelle. En effet, les compétences spécialisées et les brevets portant sur les méthodes, les enzymes et les systèmes guide ARN associés sont détenus par quelques acteurs (principalement le Broad Institute of MIT/Harvard et l’Université de Californie (UC Berkeley) et ses partenaires (Université de Vienne, Emmanuelle Charpentier), limitant l’accès des petits semenciers et des pays en développement à ces innovations.
Conclusion
Les NGT constituent un outil de sélection issu de la recherche récente, offrant des possibilités nouvelles en amélioration des plantes. Leur utilisation permet d’introduire des modifications ciblées, avec des applications variées. Toutefois, ces technologies présentent aussi des limites techniques et s’inscrivent dans un cadre plus large de questionnements scientifiques et sociétaux.
Lire également notre billet Nouvelles Techniques Génomiques (NGT) : enjeux éthiques et cadre réglementaire en Europe et à l’international
Références
Barrangou, R., Fremaux, C., Deveau, H., Richards, M., Boyaval, P., Moineau, S., Romero, D. A., & Horvath, P. (2007). CRISPR Provides Acquired Resistance Against Viruses in Prokaryotes. Science, 315(5819), 1709‑1712. DOI: 10.1126/science.1138140
Jinek, M., Chylinski, K., Fonfara, I., Hauer, M., Doudna, J. A., & Charpentier, E. (2012). A Programmable Dual-RNA–Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity. Science, 337(6096), 816‑821. DOI: 10.1126/science.1225829
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Oliva, R., Ji, C., Atienza-Grande, G., Huguet-Tapia, J. C., Perez-Quintero, A., Li, T., Eom, J.-S., Li, C., Nguyen, H., Liu, B., Auguy, F., Sciallano, C., Luu, V. T., Dossa, G. S., Cunnac, S., Schmidt, S. M., Slamet-Loedin, I. H., Vera Cruz, C., Szurek, B., … Yang, B. (2019). Broad-spectrum resistance to bacterial blight in rice using genome editing. Nature Biotechnology, 37(11), 13441350. DOI: 10.1038/s41587-019-0267-z
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Wang, Y., Cheng, X., Shan, Q., Zhang, Y., Liu, J., Gao, C., & Qiu, J.-L. (2014). Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew. Nature Biotechnology, 32(9), 947‑951. DOI: 10.1038/nbt.2969
Yu, Q., Wang, B., Li, N., Tang, Y., Yang, S., Yang, T., Xu, J., Guo, C., Yan, P., Wang, Q., & Asmutola, P. (2017). CRISPR/Cas9-induced Targeted Mutagenesis and Gene Replacement to Generate Long-shelf Life Tomato Lines. Scientific Reports, 7(1), 11874. DOI: 10.1038/s41598-017-12262-1
Auteur :
Charlotte Roby, Amélioration et Traçabilité des Plantes
Crédits photos :
Image à la une générée par l'IA - Open AI
