Une percée dans la recherche sur le blé ouvre de nouveaux horizons à la science biologique

Le 15 octobre 2018— Saskatoon (Saskatchewan)

De récentes découvertes sur le blé réalisées à Saskatoon, dans l’immensité des prairies canadiennes, pourraient avoir des retombées déterminantes et profondes sur les sciences biologiques. L’objectif de départ de la recherche était de trouver des solutions pratiques à un problème généralisé : contrer les effets des changements climatiques et accroître le rendement des cultures de blé et d’autres plantes céréalières dans des conditions arides.

Ces travaux importants sont menés par une équipe du Centre de recherche en développement des cultures et des ressources aquatiques du Conseil national de recherches du Canada (CNRC).

Comme le souligne le chercheur Allan Feurtado, « bon an, mal an, les cultures dans les Prairies sont soumises à un stress hydrique plus ou moins important ». Ses collègues, dans le cadre de ce projet, Daiqing Huang et Adrian Cutler, sont d’accord avec lui et soulignent qu’il s’agit en fait d’un problème planétaire. Et comme les céréales fournissent 60 % de l’apport énergétique alimentaire des populations mondiales, le problème est pressant.

Un enduit protecteur pour le blé

En 2013, l’équipe a commencé à étudier des cires cuticulaires qui forment un enduit protecteur naturel permettant de réduire le dessèchement des tissus végétaux et d’accroître ainsi la résistance des cultures à la sécheresse. Ils ont notamment étudié les cires dicétones qui ne se retrouvent que dans le blé et dans certaines autres céréales. L’équipe de chercheurs a travaillé en collaboration avec les spécialistes d’Agriculture et Agroalimentaire Canada pour obtenir un ensemble de lignées de blé qui avaient été développées dans les années 1990.

Les chercheurs ont comparé la composition de la cire, l’expression génétique (acide ribonucléique messager (ARNm) transcrit à partir de gènes) et de petits ARN régulateurs (microARN) entre paires de lignes. Ils ont ainsi identifié quatre gènes de deux types qui contrôlent la production des cires de dicétone : trois gènes codant pour des protéines intervenant dans la biosynthèse de dicétones et un gène qui inhibe la production de cire, mais qui ne code pas pour une protéine.

Après plusieurs mois d’expériences et d’analyses, les chercheurs ont identifié un gène qui ne sert pas à coder la synthèse d’une protéine, mais produit un microARN qui réprime l’un des gènes de biosynthèse. Lorsqu’il s’exprime, ce gène inhibe la production de cires dicétones. En comparant les séquences génétiques, l’équipe a pu conclure que le gène inhibiteur provenait du gène biosynthétique qu’il cible. La découverte de ce gène inhibiteur de la production de cire — un gène exprimant un ARN non codant — constituait une première.

« Cette découverte jette les bases de nouvelles recherches fondamentales. Il faut comprendre les gènes qui interviennent dans un processus donné avant de pouvoir optimiser le caractère qu’ils déterminen », a expliqué Allan Feurtado. L’équipe disposait désormais de deux pièces du casse-tête : les gènes qui produisent la cire et le gène qui inhibe sa production. Forts de cette connaissance, les chercheurs peuvent maintenant se concentrer sur la modulation de la production de cire dans différents types d’environnements.

L’équipe considère que cette découverte contribuera aux travaux visant à accroître la stabilité des cultures et leurs rendements. Adrian Cutler nous a fait part de sa vision : «  À l’avenir, les sélectionneurs de végétaux auront besoin de données sur les centaines, voire les milliers de gènes, qui déterminent le rendement et le contenu protéinique des grains. Cette recherche vient enrichir le répertoire en émergence de tous les gènes qui interviennent dans la création de blé à haut rendement. »

« L’enduit cireux offre à la plante un film protecteur qui l’aide à combattre les stress abiotiques comme la sécheresse, les rayonnements ultraviolets (UV) et les grandes chaleurs, tout comme les stress biotiques induits par les insectes et les maladies », explique Daiqing Huang. Les plantes capables de résister à ces stress offrent aux producteurs une plus grande stabilité des rendements dans des conditions de culture moins qu’optimales. « L’enduit pourrait accroître la stabilité du rendement des récoltes de blé partout dans le monde où, à long terme, des variétés plus résistantes à la sécheresse sont nécessaires pour assurer la sécurité alimentaire. »

La science à la fine pointe : aujourd’hui le blé, demain d’autres percées

L’importance de cette découverte tient à la compréhension de la fonction régulatrice unique du gène inhibiteur de la cire. « Il existe plus d’ARN non codants de ce genre que nous ne le croyions il y a dix ou même cinq ans. Cette découverte pourrait ouvrir de nouvelles pistes de recherche pour la science biologique », a commenté Cutler.

Une collaboration porteuse de succès

Les chercheurs Huang, Cutler et Feurtado attribuent leur succès à la collaboration inhérente au projet. «  Il n’a pas été facile de repérer et de valider la séquence de microARN inhibitrice de la production de cire — d’une longueur de 21 paires de bases — à l’intérieur du gigantesque génome du blé qui représente 17 Gpb (pour milliards de paires de bases). Il fallait une connaissance approfondie de la génomique, de la génétique, de la bio-informatique et de la biologie moléculaire, conjuguée à une démarche créatrice de résolution de problèmes », a déclaré Daiqing Huang. Les spécialistes en croissance des plantes, en séquençage du génome de végétaux et en transformation des plantes du CNRC ainsi que l’équipe de bio-informatique ont largement contribué à ce succès.

L’équipe se concentre maintenant sur le potentiel de cette découverte. « Notre objectif ultime, affirme Allan Feurtado, est de rehausser la productivité de la culture du blé pour les agriculteurs canadiens. »

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