Le manioc à l'amidon amélioré

Le manioc est l'une des principales cultures riches en amidon au monde. Ses racines tubéreuses riches en amidon nourrissent plus d'un demi-milliard de personnes. Et il est également utilisé à d'autres fins, par exemple pour la fabrication du papier ou comme additif alimentaire. Mais bien que les plantes de manioc soient assez peu exigeantes et survivent même dans les régions arides, l'obtention de nouvelles caractéristiques utiles par croisement des variétés préférées des agriculteurs prend beaucoup de temps.

En collaboration avec deux laboratoires de recherche de l'ETH, le scientifique Simon Bull a donc choisi une nouvelle approche pour doter le manioc de nouvelles propriétés. En effet, les scientifiques des laboratoires de biochimie végétale et de biotechnologie végétale ont utilisé, avec Hervé Vanderschuren de l'Université de Liège, les ciseaux génétiques CRISPR/Cas9 pour modifier génétiquement la plante utile. Leur étude à ce sujet vient d'être publiée dans la revue spécialisée "page externeScience Advances" paru.

Les essais menés sur les nouvelles lignées de manioc étaient principalement destinés à la recherche fondamentale et au développement technologique, sans applications commerciales ou industrielles directes.

? l'aide de l'outil d'édition de gènes, ils ont modifié deux gènes dans le manioc de sorte que la plante produise de l'amidon modifié. Celui-ci est généralement composé de 15 pour cent d'amylose et de 85 pour cent d'amylopectine. Le nouvel amidon contient peu ou pas d'amylose.

Pour y parvenir, les chercheurs ont inséré dans des plants de manioc un bloc de plusieurs gènes étrangers. Parmi eux se trouvaient le gène Cas9 et un gène de contr?le, dont le système CRISPR/Cas9 a besoin pour couper le matériel génétique à l'endroit souhaité. De plus, le bloc contenait un gène provenant d'une autre plante, l'amarante. Arabidopsis thaliana,qui incite à la floraison.

Des ciseaux génétiques inactivent des gènes

Dans du tissu embryonnaire de manioc, les chercheurs ont laissé les ciseaux génétiques Cas9 découper les gènes GBSS et PTST. Ces deux gènes sont impliqués dans la production d'amylose. S'ils sont défectueux, la plante de manioc ne peut plus produire d'amylose.

Les chercheurs ont cultivé plusieurs variantes de plantes particulièrement prometteuses en serre et ont testé leur teneur en amylose dans les tubercules des racines. Les scientifiques ont ainsi trouvé quelques variantes qui ne produisaient plus du tout d'amylose. L'amidon contenu dans la racine de ce manioc modifié ne contenait donc plus que de l'amylopectine.

Le manioc, dont les racines de stockage sont exemptes d'amylose, s'ajoute à une liste de cultures d'importance mondiale, comme le ma?s et la pomme de terre, qui portent une caractéristique similaire.

Gènes étrangers éliminés par croisement

Afin d'éliminer les gènes étrangers introduits, les phytologues ont finalement croisé deux individus de la variante de manioc modifiée génétiquement et exempte d'amylose. Chez ces individus, les gènes étrangers n'ont été introduits que sur l'un des deux chromosomes identiques. Le manioc possède deux copies de chaque chromosome. Pour cette raison, un descendant sur quatre issu de ce croisement devrait être exempt de gènes étrangers.

"Sans fleurs, nous n'aurions pas pu effectuer de croisements pour éliminer le matériel génétique étranger", souligne Bull. La capacité de ne produire que de l'amidon exempt d'amylose a toutefois été conservée. "Cela signifie que dans la première génération de descendants, la caractéristique que nous souhaitions a été conservée, mais que les gènes étrangers ont pu être entièrement éliminés par croisement", explique le phytoscientifique.

L'art consistait à faire fleurir le manioc et à produire des graines. Habituellement, cette plante ne fleurit que rarement en plein air et presque jamais sous serre. Le manioc ne se reproduit généralement pas par voie sexuelle, mais par bouturage, qui est génétiquement identique.

Une méthode permet d'économiser de nombreuses années de sélection

Le procédé mis au point par Bull et ses collègues accélère considérablement la culture du manioc. "La caractéristique souhaitée, à savoir que le manioc ne contient que de l'amylopectine et pas d'amylose, a également été obtenue par une culture croisée normale, souligne Bull. "Mais pour cela, il fallait des milliers de plantes et plusieurs années, et pas seulement quelques plantes que nous avons développées en l'espace de quelques mois".

Le manioc est une source importante d'hydrates de carbone dans de nombreux pays du Sud et surtout en Afrique. La plante stocke dans ses racines de grandes quantités d'amidon. Les racines sont souvent transformées pour le marché local. Les petits paysans en tirent une partie de leurs revenus.

Mais comme l'amidon de manioc sans amylose est également largement utilisé, l'amylose doit être éliminé de l'amidon avant la transformation en passant par plusieurs étapes de processus parfois gourmandes en énergie. Les consommateurs pourraient également préférer l'amidon cireux sans amylose. "Cette nouvelle variété de manioc devrait donc susciter un grand intérêt aussi bien chez les consommateurs que dans l'industrie", espère Simon Bull.