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La MutMap au secours de l'agriculture japonaise, pour commencer…

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Des chercheurs ont développé une méthode, MutMap, permettant de sélectionner des semences à forts rendements en un temps record. Ils dopent les mutations génétiques et n'ont besoin que d'un seul croisement pour isoler les nouvelles variétés. Les agriculteurs japonais touchés par le tsunami seront les premiers bénéficiaires. 

Environ 20.000 hectares de terres agricoles japonaises ont été inondées par des eaux salées durant le tsunami du 11 mars 2011. Plus de 26 millions de tonnes de déchets ont dû être retirés des champs, avant d’entreprendre un dessalage progressif des terres. © ChiefHira, Wikimedia common, CC by-sa 3.0

La population mondiale ne cesse de croître. La Terre abritera plus de 9 milliards d'êtres humains dans moins de 40 ans. La production agricole mondiale doit s'adapter afin de subvenir aux besoins alimentaires. Idéalement, son rendement actuel devrait augmenter de 70 à 100 % (selon Godfray et al.). Pourtant, la surface des terres cultivables n'augmente pas et de nombreuses régions agricoles ont été affectées par des catastrophes naturelles.

Des expériences sont régulièrement réalisées pour développer des variétés de plantes, ou « cultivars », présentant des caractéristiques spécifiques. Les méthodes classiques de sélection par croissements successifs sont longs (jusqu'à 10 ans). Il faut identifier le caractère souhaité, l'isoler et le développer au cours des générations. L'objectif est de doter tous les descendants d'une même propriété.

Des chercheurs japonais dirigés par Akira Abe et Shunichi Kosugi ont accéléré ce processus grâce à une nouvelle méthode dénommée MutMap. Cette technique, présentée dans Nature Biotechnology, accélère la survenue de mutations chez des souches sauvages. Les mutants intéressants sont sélectionnés puis hybridés lors d'un croisement unique. Leurs génomes sont ensuite comparés à celui de la souche sauvage. Des semences à forts rendements ou résistantes à divers facteurs pourraient voir le jour en seulement un an.

MutMap n’est pas un OGM

Concrètement, comment fonctionne la méthode ? Les tests ont été menés sur une souche cultivable de riz « hitomebore ».

Dans un premier temps, des plants sauvages ont été confrontés à un agent mutagène (comme le méthanesulfonate éthyle). Les mutations engendrées ont causé l'apparition de 1.500 variétés de riz différentes. Il n'est en aucun cas question de manipulation génétique ; les plants produits ne sont pas des OGM.

La souche sauvage de riz « hitomebore » se trouve à gauche de l'image. Les 5 autres plants sont des formes mutantes de la souche sauvage. Les nouvelles variétés présentant des caractères intéressants seront utilisées pour la suite des expériences. Cette technique permet d'isoler des gènes d'intérêt. © Adapté de Abe et al. 2012, Nature Biotechnology

MutMap limité à un petit génome

Dans un deuxième temps, les végétaux mutants de la première génération ont été autopollinisés. La seconde génération est donc homozygote pour le gène muté. Les plantes produites, plus de 10.000, sont alors mises en culture. Les conséquences des mutations sur les organismes peuvent ainsi être observées (longueur des tiges, nombres de grains par pousse, etc.) puis sélectionnées.

Dans un troisième temps, les végétaux présentant des rendements élevés ont été croisés avec la souche sauvage. L'hybride est autofécondé. Les plants de seconde génération sont alors mis en culture en rizières. Les différents phénotypes observés sont utilisés par les chercheurs pour caractériser les mutations. Des comparaisons de séquences d'ADN sont finalement effectuées entre la souche sauvage originelle et les hybrides. Elles permettent d'identifier les mutations responsables de l'augmentation du rendement.

Ainsi, un seul et unique croisement permet de produire un nouveau cultivar. Le temps nécessaire à l'isolation d'un gène important pour l'agriculture est réduit. La phase de séquençage de l'ADN limite néanmoins les organismes auxquels MutMap peut s'appliquer. Par exemple, le blé et le maïs ont de trop grands génomes. La nouvelle technique ne peut pas s'adapter à ces deux espèces.

Les auteurs de l'étude ont lancé une expérience à grande échelle pour démontrer l'efficacité de leur méthode. Ils ont sélectionné des plants résistants au sel et les ont déjà implantés dans les rizières japonaises impactées par le tsunami survenu il y a moins d'un an. Environ 20.000 hectares de terres agricoles ont en effet été inondées par des eaux salées durant cette catastrophe.