La germination dans l’orge non mutée était presque complète, tandis que l’orge modifiée génétiquement n’a pas germé du tout. Cela montre que l’orge modifiée génétiquement avait été dormante plus longtemps (images prises 7 jours après l’imbibition). Crédit : Hiroshi Hisano de l’Université d’Okayama
À l’aide de la technologie CRISPR/Cas9, les scientifiques développent et étudient de l’orge modifié génétiquement qui résiste à la germination avant la récolte.
Après une période de pluie inattendue, avant la saison des récoltes, un agriculteur peut être confronté au problème imprévisible de la germination prématurée de l’orge. L’orge germée se vend considérablement moins cher sur le marché et constitue un fardeau économique pour les agriculteurs et les entreprises qui sont à la merci de la nature pour survivre dans l’industrie agricole. L’aggravation du changement climatique n’a pas non plus amélioré cette situation.
Le problème de la germination pré-récolte a donc longtemps occupé les chercheurs agronomes. La germination pré-récolte peut être évitée par une dormance prolongée des grains grâce à des manipulations génétiques. Cependant, une telle dormance peut interférer avec la production de malt et peut également provoquer une germination non uniforme lors du semis. Équilibrer ces enjeux est donc nécessaire pour une production d’orge de haute qualité.
Aujourd’hui, une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur agrégé Dr Hiroshi Hisano de l’Université d’Okayama, au Japon, propose une solution à ce problème séculaire. Pour obtenir l’orge «parfaite», ils se sont tournés vers la dernière technologie de manipulation génétique, l’édition de gènes basée sur CRISPR/Cas9. Parlant de leur motivation à poursuivre l’art de perfectionner l’orge, le Dr Hisano a déclaré : « Nous avons reconnu la nécessité de manipuler stratégiquement les cultures pour résister aux effets d’un changement climatique qui ne cesse d’exacerber. Étant donné que notre groupe de recherche collaboratif avait déjà développé une expertise dans l’édition de précision du génome de l’orge, nous avons décidé d’aller avec le même au départ. De plus, des études antérieures ont identifié des gènes spécifiques de dormance des grains et des graines dans l’orge, appelés Qsd1 et Qsd2. Par conséquent, notre modus operandi était assez clair. Leurs résultats ont été publiés dans un article de recherche dans Revue de biotechnologie végétale.
Pour obtenir l’orge d’intérêt, le Dr Hisano et son équipe ont génétiquement manipulé des échantillons d’orge « Golden Promise » à l’aide de la mutagenèse ciblée CRISPR/Cas9, pour qu’il s’agisse de mutants simples (qsd1 ou qsd2) ou de doubles mutants (qsd1 et qsd2). Ensuite, ils ont procédé à des tests de germination sur tous les mutants et les échantillons non mutés.
Par la suite, les résultats qu’ils ont obtenus pour les mutants, comparés aux non-mutants, étaient extrêmement intéressants. Tous les mutants ont montré une germination retardée, mais il y avait des propriétés spécifiques aux mutants ou conditionnelles. La germination des mutants a été favorisée par un traitement au peroxyde d’hydrogène à 3 % ; l’exposition de tous les mutants à des températures froides a largement favorisé la germination, indiquant que les grains des mutants n’étaient pas morts mais avaient dormi plus longtemps. La mutation qsd1 chez des mutants uniques a partiellement réduit la dormance des grains longs, en raison de qsd2 ; et les mutants qsd2 pourraient germer dans l’obscurité, mais pas à la lumière. De plus, tous les mutants présentaient des abscisses acide accumulation, compatible avec les conditions observées avec une germination retardée. Notamment, cette accumulation d’acide abscissique en elle-même ne peut pas maintenir la dormance des grains à long terme, cette dernière étant importante pour la production d’orge de haute qualité.
Les chercheurs sont ravis d’avoir atteint l’or dans leur entreprise de biotechnologie végétale. Le Dr Hisano s’exclame : « Nous avons pu produire avec succès de l’orge mutante résistante à la germination avant la récolte, en utilisant la technologie CRISPR/Cas9. De plus, notre étude a non seulement clarifié les rôles de qsd1 et qsd2 dans la germination ou la dormance des grains, mais a également établi que qsd2 joue un rôle plus important.
Dans l’ensemble, cette étude sert de jalon pour la recherche actuelle et future sur l’amélioration des cultures, en utilisant une manipulation génétique efficace comme celle offerte par CRISPR/Cas9. Les chercheurs espèrent pouvoir résoudre les problèmes alimentaires et environnementaux auxquels les êtres humains sont actuellement confrontés dans le monde entier, en utilisant leurs techniques biotechnologiques améliorées.
Pour une meilleure bière, le monde espère avec eux !
Référence : « Régulation de la germination par mutagenèse ciblée des gènes de dormance des grains dans l’orge » par Hiroshi Hisano, Robert E. Hoffie, Fumitaka Abe, Hiromi Munemori, Takakazu Matsuura, Masaki Endo, Masafumi Mikami, Shingo Nakamura, Jochen Kumlehn et Kazuhiro Sato, 29 août 2021, Revue de biotechnologie végétale.
DOI : 10.1111/pbi.13692
À propos de l’Université d’Okayama, Japon
En tant que l’une des principales universités du Japon, l’Université d’Okayama vise à créer et à établir un nouveau paradigme pour le développement durable du monde. L’Université d’Okayama propose un large éventail de domaines académiques, qui deviennent la base des écoles supérieures intégrées. Cela nous permet non seulement de mener les recherches les plus avancées et les plus récentes, mais offre également une expérience éducative enrichissante.
À propos du Dr Hiroshi Hisano de l’Université d’Okayama, Japon
Le Dr Hiroshi Hisano est professeur agrégé à l’Institut des sciences et ressources végétales de l’Université d’Okayama, au Japon. Le Dr Hisano est un expert dans le domaine de la sélection moléculaire végétale et dirige de manière proactive le Groupe de la diversité du génome (Barley Germplasm Centre) et l’équipe de recherche sur l’innovation des cultures, à l’institut. Il a plus de 20 ans d’expérience en recherche en biotechnologie végétale, où ses domaines d’intérêt incluent la science agricole, la génétique végétale et la sélection. À cet égard, il a plus de 40 publications de recherche à son actif dans des revues réputées, et en tant que livre, avec plus de 1250 citations.
