Les généticiens de l’Université de Stanford ont trouvé un moyen de contrôler soigneusement la structure des racines des plantes à mesure qu’elles grandissent et se ramifient.
En manipulant la profondeur et la forme d’un système racinaire en plein essor, les chercheurs espèrent pouvoir un jour reprogrammer les cultures pour les rendre plus résistantes face aux changement climatique.
Un système racinaire moins profond, par exemple, pourrait aider les cultures à mieux absorber le phosphore près de la surface. Alors qu’un système racinaire plus profond pourrait être meilleur pour collecter l’eau et l’azote.
“Nos circuits génétiques synthétiques vont nous permettre de construire des systèmes racinaires très spécifiques ou des structures foliaires très spécifiques pour voir ce qui est optimal pour les conditions environnementales difficiles que nous connaissons”, explique bioingénieur Jennifer Brophy de l’Université de Stanford.
“Nous rendons l’ingénierie des usines beaucoup plus précise.”
Les techniques génétiques utilisées par Brophy et ses collègues pour atteindre une précision aussi élevée pourraient potentiellement reprogrammer les plantes beaucoup plus rapidement qu’elles ne peuvent autrement s’adapter et plus précisément qu’elles ne peuvent être cultivées pour des traits souhaitables.
À l’aide des cellules d’un plant de tabac, les chercheurs ont créé un circuit génétique synthétique qui contrôle l’expression des gènes et montré comment cela fonctionne dans une autre plante.
Vous pouvez imaginer le circuit génétique un peu comme un code informatique avec des portes logiques. Seules les bonnes valeurs d’entrée peuvent entrer dans la porte et produire une sortie.
Ces circuits biologiques sont également similaire aux circuits électriques avec interrupteurscomme ceux qui alimentent votre téléphone.
Dans une cellule, ces portes, qui conduisent finalement à l’expression génétique, ne peuvent être ouvertes que par des «promoteurs» transcriptionnels synthétiques spécifiques à certains tissus végétaux. Cela signifie que les chercheurs peuvent potentiellement contrôler quelles cellules d’une plante expriment quels gènes, modifiant ainsi la croissance de la plante.
Lors de la création d’une série de portes logiques synthétiques pour un seul gène associé au développement des racines latérales, les chercheurs ont pu manipuler la croissance d’une petite plante adventice, connue sous le nom de Arabidopsis thaliana.
En modifiant l’expression de ce gène, les chercheurs altéré la densité des branches dans le système racinaire de la plante sans affecter les autres propriétés de la racine.
C’est une grande réussite parce qu’une autre étude montré précédemment comment de petits changements dans ce gène de développement des racines peuvent affecter toutes sortes de propriétés des racines, telles que le développement des poils absorbants ou la croissance des racines primaires.
“Pour démêler la ramification des racines des autres processus de développement, nous avons exprimé la slr-1 gène mutant utilisant un promoteur spécifique d’un tissu qui n’est présent que dans la racine latérale cellules souches,” les chercheurs écrivez.
Ensuite, les auteurs prévoient de tester leurs circuits génétiques reprogrammés sur sorgho, qui est une culture unique et prometteuse comme biocarburant. L’équipe espère améliorer la capacité du sorgho à absorber l’eau et à effectuer la photosynthèse plus efficacement.
Si cette technique génétique s’avère efficace, ses possibilités sont illimitées. La reprogrammation des cultures à l’aide de circuits génétiques synthétiques nécessitera cependant un réglage minutieux.
“Nous avons des variétés modernes de cultures qui ont perdu leur capacité à répondre à l’endroit où se trouvent les nutriments du sol”, dit le biologiste végétal José Dinneny, également de Stanford.
“Le même type de portes logiques qui contrôlent la ramification des racines pourrait être utilisé pour, par exemple, créer un circuit qui prend en compte à la fois les concentrations d’azote et de phosphore dans le sol, puis génère une sortie optimale pour ces conditions.”
L’étude a été publiée dans La science.
