De nouvelles astuces génétiques pour augmenter le rendement des cultures prennent des indices d’anciens agriculteurs | La science:

Lorsque les agriculteurs des temps anciens récoltaient leurs cultures, certains conservaient les graines produites par les plantes les plus performantes et les semaient l’année suivante. Peu à peu, cette sélection a conduit à des résultats de mieux en mieux, comme l’augmentation de la taille et du nombre de grains de maïs – des caractéristiques qui ont ouvert la voie au maïs moderne. Aujourd’hui, une équipe dirigée par des chercheurs en Chine a identifié un seul gène à l’origine de cette augmentation cruciale de la productivité du maïs et l’a également lié à des améliorations précoces des récoltes de riz.

“Je n’ai jamais rien vu de tel auparavant”, déclare Matthew Paul, généticien chez Rothamsted Research, qui n’a pas participé à la nouvelle étude. Et la découverte suggère qu’il pourrait être possible d’améliorer d’autres cultures céréalières, telles que le blé, en modifiant simplement un seul gène. “Trouver quelque chose comme ça qui peut déplacer l’aiguille est intrigant”, déclare Jeff Habben, physiologiste des plantes chez Corteva, une entreprise qui sélectionne de nouvelles variétés de maïs et d’autres cultures.

Le rendement en grains est généralement contrôlé par un ensemble complexe de nombreux gènes, ce qui rend difficile pour les sélectionneurs traditionnels de faire plus que des gains supplémentaires chaque année. En 2004, le généticien et sélectionneur de maïs Li Jiangsheng de l’Université agricole de Chine (CAU) a commencé à explorer la génétique de la téosinte, l’ancêtre sauvage chétif du maïs, que les premiers agriculteurs ont domestiqué et élevé pour créer du maïs comestible. Un gros changement : Alors que le téosinte n’a que deux rangées de grains, le maïs moderne en a plus d’une douzaine. Pour comprendre ce qui a changé génétiquement, Li et ses collègues ont passé des années à créer un type intermédiaire expérimental de maïs à six rangées.

En cartographiant des marqueurs génétiques, Li et une équipe encore plus importante ont identifié un gène qui influence le nombre de rangées de grains dans ce maïs cultivé en laboratoire. Ils ont appelé le gène : KRN2 :, pour le numéro de ligne du noyau. Deux types d’expériences ont démontré: KRN2 :les effets. Lorsque les chercheurs ont augmenté l’activité du gène, les plantes ont produit des épis avec deux rangées de grains en moins. En revanche, lorsqu’elles assomment ou désactivent le gène, les plantes produisent des épis avec deux rangées supplémentaires. Lors d’essais sur le terrain, l’élimination du gène a augmenté le poids de la récolte de maïs de 10 % sans effets secondaires indésirables évidents, rapporte aujourd’hui l’équipe dans La science:.

Les chercheurs disent que leurs études suggèrent que les anciens cultivateurs de maïs avaient, en effet, sélectionné des changements génétiques dans une région de l’ADN qui freine KRN2 :l’activité de ; ces changements ont atténué le frein, augmentant ainsi les lignes du noyau. Et l’équipe a découvert que d’anciens riziculteurs auraient également pu exploiter un mécanisme génétique similaire. Yang Xiaohong, biologiste moléculaire au CAU, a aidé à montrer qu’un gène très similaire, qu’ils appellent : OsKRN2 :, a la même fonction dans le riz, influençant le nombre de panicules — les petites branches portant des graines. “Lorsque nous avons obtenu les résultats à l’automne 2020, nous étions excités”, dit-elle. Les tests sur le terrain ont montré un KO : OsKRN2 : a augmenté les rendements de riz de 8 %.

Les chercheurs tentent toujours de comprendre exactement comment les deux gènes influencent le nombre de grains dans le riz ou le maïs. La plupart de ces travaux portent sur des variétés de riz et de maïs principalement utilisées pour la recherche, mais l’équipe a également modifié : KRN2 : dans l’une des variétés de maïs les plus courantes plantées en Chine, nommée Zhengdan958. “C’est là que le caoutchouc prend la route, du point de vue de l’industrie”, déclare Habben. Les premiers résultats suggèrent que l’élimination du gène ajoute une rangée supplémentaire de grains.

Pendant ce temps, les chercheurs du CAU tentent de modifier une version de : KRN2 : dans le blé sur l’intuition que : KRN2 : pourrait également stimuler le grain dans d’autres céréales. L’équipe CAU prévoit également de vérifier si : KRN2 : pourrait aider à augmenter le rendement en grain des espèces sauvages apparentées aux graminées, une première étape vers la création de nouvelles cultures qui ont amélioré la résilience face à des conditions environnementales plus difficiles telles que la sécheresse ou la chaleur.

Il pourrait s’avérer qu’il y ait beaucoup plus de gènes de cultures clés que les anciens agriculteurs favorisaient sans le savoir – et pourraient maintenant être utilisés à bon escient par les phytogénéticiens modernes. Dans une première étape vers leur identification, l’un des auteurs de la nouvelle étude, le sélectionneur moléculaire Yan Jianbing de l’Université agricole de Huazhong, a recherché des signes de sélection dans les génomes du riz et du maïs. Lui et ses collègues ont trouvé 488 gènes en plus de : KRN2 : et: OsKRN2 : qui ont subi une sélection dans les deux grains. Kan Wang, biologiste moléculaire à l’Iowa State University, est impressionné par la portée de l’analyse. “Ils fournissent d’excellentes preuves”, dit-elle. “C’est un travail difficile.”

Beaucoup de ces gènes sont impliqués dans le métabolisme de l’amidon, ce qui est logique car les plantes remplissent leurs graines d’amidon. Il y a longtemps, les agriculteurs sélectionnaient probablement des plantes porteuses de ces gènes pour remplir leur estomac de récoltes plus abondantes de riz et de maïs.

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