Les chercheurs de l’IGI utilisent CRISPR pour modifier le manioc, culture de base, afin de le rendre plus sûr et plus facile à manger.
Michael Gomez a grandi en mangeant du manioc avec sa famille colombienne. Maintenant, il modifie ses gènes.
« Je le connaissais sous le nom de « yuca » en grandissant. C’était une grande partie de notre alimentation. Lorsque j’ai eu la chance de travailler sur une culture que je consommais régulièrement en famille, j’ai pensé que c’était une opportunité formidable », explique Gomez, postdoc au laboratoire Staskawicz de l’IGI.
Le manioc porte de nombreux noms : yuca, manioc, muhogo, tapioca. L’amidon des racines tubéreuses du manioc fait les perles moelleuses du thé boba, les boules du pudding au tapioca, et on le retrouve dans une grande variété de produits sans gluten. Dans le monde entier, c’est l’une des cultures racines les plus importantes.
« Environ un milliard de personnes dans le monde dépendent du manioc comme source de calories, dont environ 40 % des Africains. Le manioc n’est pas vraiment un aliment de base aux États-Unis, mais dans de nombreuses régions du monde, en particulier sous les tropiques, c’est une culture incroyablement importante « , explique Jessica Lyons, chercheuse principale de ce projet d’édition du génome du manioc à l’IGI.
Le manioc est important, mais il s’accompagne également d’un problème intégré qui a inspiré l’équipe de l’IGI à travailler dessus : le cyanure. Les racines du manioc produisent naturellement le précurseur du cyanure. Au fil du temps, la consommation de cyanure peut avoir des effets allant de subtils problèmes cognitifs au konzo, une maladie grave caractérisée par une paralysie soudaine et irréversible des jambes.
Un traitement approprié peut éliminer le cyanure du manioc, mais de nombreuses personnes mangent du manioc insuffisamment traité. C’est un problème particulièrement dans les régions d’Afrique subsaharienne qui ont connu la sécheresse, la famine et l’instabilité. Les effets de la toxicité sont pires dans les endroits où les gens n’ont pas facilement accès aux protéines dans leur alimentation, qui aident à détoxifier le cyanure et atténuent ses effets.
Au delà des impacts sur la santé, le traitement nécessaire pour éliminer le cyanure du manioc est une charge qui incombe principalement aux femmes. Le traitement industriel est à la fois gourmand en énergie et produit des eaux usées chargées de cyanure.
« Si nous sommes en mesure d’empêcher la production de cyanure pour commencer, cela pourrait rendre le traitement tellement plus rapide et plus facile pour les familles et principalement les femmes qui font le travail », dit Lyons.
Édition du génome du manioc
Pour faire du manioc sans cyanure une réalité, Lyons, Gomez et l’équipe de chercheurs de l’IGI utilisent l’édition du génome CRISPR pour bloquer la production de cyanure.
« Nous avons d’abord appliqué CRISPR pour créer une résistance à une maladie problématique en Afrique de l’Est et centrale, appelée maladie des stries brunes du manioc, en collaboration avec le Danforth Plant Science Center de St. Louis, Missouri », explique Gomez. « Nous avons utilisé CRISPR pour cibler deux gènes spécifiques et avons montré une réduction de la gravité et de l’incidence des symptômes. »
« Lorsque vous faites un croisement, c’est comme si vous jetiez tous les traits, bons et mauvais, en l’air et vous ne pouvez pas contrôler ce que vous obtenez… CRISPR est beaucoup, beaucoup plus rapide que la sélection conventionnelle, et c’est précis. »
Passer au cyanure était une étape suivante logique pour l’équipe de l’IGI et les collaborateurs du Danforth Center. La voie de biosynthèse du cyanure dans le manioc était déjà bien comprise, ce qui a fourni une feuille de route pour l’édition du génome. En outre, d’autres chercheurs ont montré qu’il était possible d’interférer avec cette voie à l’aide d’une technique connue sous le nom d’interférence ARN (ARNi) et de réduire de manière mesurable les niveaux de cyanure.
« L’édition du génome est plus propre que l’ARNi. Elle fournit un knockdown complet et apporte un changement dans le génome qui est à la fois stable et héritable », explique Lyons.
Les techniques de sélection conventionnelles pourraient, en théorie, éliminer le cyanure – bien que cela ne se soit pas encore produit en plus de 7000 ans de domestication. L’un des défis de la sélection des caractères indésirables du manioc est qu’il est généralement cultivé à partir de boutures de tiges, produisant des clones de la plante mère. L’approche conventionnelle consiste à croiser des plantes avec des caractéristiques souhaitables et à cultiver la progéniture à partir de graines.
« La sélection du manioc prend beaucoup de temps, et les plantes ne fleurissent pas toujours en même temps. Lorsque vous faites un croisement, c’est comme si vous jetiez tous les traits, bons et mauvais, en l’air et vous ne pouvez pas contrôler ce que vous obtenez dans la descendance. La CRISPR est beaucoup, beaucoup plus rapide que la sélection conventionnelle, et elle est précise », dit Lyons.
Quoi de neuf pour le manioc
Lorsque l’équipe de l’IGI discute de son travail sur le manioc, on lui pose souvent une question clé : Le cyanure contenu dans le manioc sert-il à quelque chose ?
« Il peut jouer un rôle dans l’anti-herbivorie, en dissuadant certains insectes et animaux. Cependant, de nombreux parasites ont évolué pour tolérer cette toxine, certains étant même attirés par elle. Quelle est son importance pour la résistance des ravageurs ? En neutralisant la voie, nous avons maintenant un moyen d’étudier scientifiquement le rôle que joue le cyanure », dit Gomez.
Il faudra encore un certain temps avant qu’une variété de manioc sans cyanure soit disponible pour les agriculteurs. D’abord, des études sur le terrain seront nécessaires avec des organisations partenaires en Afrique, et la recherche ne s’arrête pas à une seule variété.
« Les agriculteurs de différentes parties du monde peuvent choisir de cultiver une variété plutôt qu’une autre en raison du goût, de la maturité précoce, des rendements élevés, et plus encore. Nous aimerions préserver cette diversité », déclare M. Lyons. « Ce qui est si beau avec l’édition du génome, c’est que nous pouvons développer la méthode et l’appliquer ensuite à d’autres variétés. Nous créons la plateforme, puis nous pouvons l’étendre à d’autres variétés que les agriculteurs préfèrent. »
Merciements à CropLife International et à l’American Seed Trade Association pour avoir profilé cette recherche dans la vidéo ci-dessus.
By Andy Murdock
Andy Murdock est titulaire d’une licence et d’un doctorat en biologie intégrative de l’UC Berkeley. Avant de rejoindre l’IGI en tant que directeur de la communication, Andy a géré les communications de recherche pour le bureau du président de l’UC, et a été rédacteur en chef pour Airbnb et rédacteur numérique pour Lonely Planet. Les écrits d’Andy ont été publiés notamment dans Vox, BBC, Discovery, le Washington Post et le San Francisco Chronicle.