CRISPR à la rescousse: des lignées de riz révolutionnaires combattent le redoutable virus africain

Diverses variétés de riz, à la fois des plantes témoins et des mutants, entre trois et quatre semaines après inoculation. Crédit : IRD / Laurence Albar

Le virus de la mosaïque jaune du riz, également appelé RYMV, est responsable de fortes pertes de récoltes en Afrique, notamment chez les petits agriculteurs. Une équipe de recherche de l'Université Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) et de l'Institut de recherche pour le développement (IRD) a désormais produit des lignées de riz résistantes à la maladie grâce à l'édition du génome. Les variétés de riz, dont le développement est décrit dans Plant Biotechnology Journal, constituent une étape préliminaire vers la possibilité de générer des variétés élites résistantes adaptées localement pour les petits producteurs alimentaires en Afrique.

Le RYMV est un virus à ARN propagé par des coléoptères et par contact direct feuille à feuille. En Afrique, où la majorité des producteurs exploitent des parcelles de terre d'à peine un hectare, entre dix et cent pourcent des récoltes de riz sont régulièrement perdues à cause de ce virus. Cela en fait un problème mortel pour les agriculteurs les plus pauvres.

Il n'existe aucune protection efficace contre le virus. "La seule véritable protection consiste à développer des variétés de riz possédant un gène de résistance contre le RYMV, ce qui rendrait la plante invulnérable", déclare le Dr Yugander Arra, premier auteur de l'étude désormais publiée dans Plant Biotechnology Journal.

Une équipe de recherche de l'Institut de physiologie moléculaire de l'HHU (dirigée par le professeur Dr Wolf B. Frommer) et de l'Institut de recherche pour le développement (IRD) à Montpellier, en France, a développé de telles lignées de riz résistant.

Trois gènes de résistance sont actuellement connus ; des mutations dans un seul des gènes, appelés RYMV1, 2 et 3, suffisent pour obtenir une résistance. La forme résistante rymv2 se trouve dans des variétés de riz africaines à faible rendement (Oryza glaberrima). Le RYMV2, également connu sous le nom de CPR5.1, code une protéine importante des pores du noyau cellulaire. Chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, la perte de la seule copie génique de CPR5 entraîne une résistance à large spectre non seulement aux virus, mais aussi aux bactéries et aux champignons. Cependant, la croissance est fortement restreinte, les plantes présentent des lésions spontanées et produisent de faibles rendements. Il était donc important de vérifier si la résistance rymv2 pouvait être transférée à d'autres variétés de riz sans conséquences négatives.

En Afrique, d'autres variétés de riz à haut rendement, basées sur l'espèce asiatique Oryza indica, sont principalement utilisées et celles-ci n'ont pas le gène de résistance. L'insertion du gène correspondant n'est cependant pas une approche particulièrement prometteuse car les descendants de tels hybrides "inter-espèces" sont hautement stériles et ne peuvent donc pas se reproduire et transmettre facilement la résistance.

En utilisant la méthode d'édition du génome CRISPR/Cas, le groupe de recherche a maintenant montré que des mutations du gène RYMV2 peuvent être produites dans une variété de riz asiatique, la rendant résistante au virus de manière similaire à la forme africaine. À l'étape suivante, l'objectif est d'éditer de manière similaire des variétés élites africaines pertinentes afin de les rendre ensuite disponibles aux petits producteurs africains. L'aide à ces agriculteurs est l'objectif du consortium de recherche internationale "Healthy Crops", dirigé par l'HHU.

Les plantes disposent de mécanismes héréditaires qui étaient utiles pour leur survie aux premiers jours de l'évolution, mais qui sont maintenant plus susceptibles d'être néfastes. Le maïs en est un bon exemple : un gène provoque l'avortement des grains lorsque les conditions de sécheresse prévalent au moment de la fécondation. Ce trait causé par le gène était avantageux pour les ancêtres sauvages et vivaces des plantes de maïs d'aujourd'hui, mais il a un effet néfaste sur le rendement des plantes annuelles utilisées en agriculture.

La situation est similaire avec le riz examiné ici. Le professeur Frommer déclare : "Ce trait de résistance est attribuable à la perte d'une fonction génique qui n'est pas essentielle. Si nous éteignons complètement le gène, les plantes se comportent normalement. Cependant, en raison de la perte de la fonction génique, elles sont résistantes au virus."

Le Dr Eliza Loo, responsable du groupe Healthy Crops, ajoute : "Il s'agit en quelque sorte d'un archétype qui était utile pour ses ancêtres, mais qui entraîne maintenant des pertes de récoltes dévastatrices en période de sécheresse. Il serait judicieux d'éteindre ce gène et cela n'a pas d'effets secondaires évidents."

Fait surprenant, l'extinction du gène CPR5.2 étroitement lié, ainsi que des deux gènes RYMV2 et CPR5.2, du moins dans des conditions de serre, n'entraîne pas de troubles. Il est également important de noter que la perte de CPR5.2 ne conduit pas à la résistance au RYMV. Tout indique que l'édition du gène RYMV2 est une approche prometteuse pour lutter contre la maladie du riz en Afrique.

Reference: “Rice Yellow Mottle Virus resistance by genome editing of the Oryza sativa L. ssp. japonica nucleoporin gene OsCPR5.1 but not OsCPR5.2” by Yugander Arra, Florence Auguy, Melissa Stiebner, Sophie Chéron, Michael M. Wudick, Manuel Miras, Van Schepler-Luu, Steffen Köhler, Sébastien Cunnac, Wolf B. Frommer and Laurence Albar, 20 December 2023, Plant Biotechnology Journal. DOI: 10.1111/pbi.14266

The research took place within the framework of the Cluster of Excellence for Plant Research CEPLAS and was funded as part of Prof Frommer’s Alexander von Humboldt Professorship.