La plante cultivée idéale est savoureuse et à haut rendement tout en étant résistante aux maladies et aux ravageurs. Mais si les gènes concernés sont éloignés les uns des autres sur un chromosome, certains de ces traits positifs peuvent être perdus lors de la reproduction. Pour s'assurer que les traits positifs peuvent être transmis ensemble, des chercheurs de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) ont utilisé des ciseaux moléculaires CRISPR/Cas pour inverser et ainsi désactiver génétiquement les neuf dixièmes d'un chromosome. Les traits codés pour cette partie du chromosome deviennent "invisibles" pour l'échange génétique et peuvent ainsi être transmis tels quels. Les chercheurs ont rendu compte de leurs découvertes dans Nature Plants .

L'édition, l'insertion ou la suppression ciblée de gènes dans les plantes est possible avec les ciseaux moléculaires CRISPR/Cas. (CRISPR signifie Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats.) Cette méthode peut être utilisée pour rendre les plantes plus résistantes aux ravageurs, aux maladies ou aux influences environnementales. « Ces dernières années, nous avons pu pour la première fois utiliser CRISPR/Cas non seulement pour éditer des gènes, mais aussi pour modifier la structure des chromosomes », explique le professeur Holger Puchta, qui depuis 30 ans recherche des applications pour les ciseaux à gènes avec son équipe de l'Institut Botanique du KIT. "Les gènes sont disposés linéairement le long des chromosomes. En modifiant leur séquence, nous avons pu montrer comment les traits souhaités chez les plantes peuvent être séparés de ceux qui ne le sont pas."

Désormais, les chercheurs ont pu empêcher l'échange génétique qui fait normalement partie du processus héréditaire mais qui peut rompre les liens entre les traits. "Nous pouvons fermer un chromosome presque complètement, le rendant invisible, de sorte que tous les traits de ce chromosome peuvent être transmis dans un paquet", explique Puchta. Jusqu'à présent, si les traits d'une plante devaient être transmis ensemble, les gènes de ces traits devaient être proches les uns des autres sur le même chromosome. Si ces gènes sont plus éloignés les uns des autres sur un chromosome, ils sont généralement séparés lors de l'héritage, de sorte qu'un trait bénéfique peut être perdu pendant le processus de reproduction.

Apprendre de la nature :l'ingénierie chromosomique empêche l'échange génétique

Dans leurs recherches, les scientifiques ont suivi l'exemple de la nature. "These reversals, or inversions—a kind of genetic invisibility—also occur frequently on a smaller scale in wild and cultivated plants. We've learned from nature and have applied and extended our knowledge about the natural process," says Puchta.

In collaboration with Professor Andreas Houben from the Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK), Puchta and his team inverted nine-tenths of a chromosome in the model organism Arabidopsis thaliana (thale cress). Only at the ends of the chromosome did the genes retain their original sequence. "With these fragments, the chromosome can be passed on to the next generation just like the other chromosomes and is not completely lost," says Puchta.

To breed crops efficiently, it is important to combine as many favorable traits as possible in one plant. "Of course plant breeders want their products to taste good, have as many vitamins as possible and also be resistant to disease. With our method, we can make that easier in the future," says Puchta. + Explorer plus loin

Inheritance in plants can now be controlled specifically