La descendance d'une nouvelle combinaison est plus vigoureuse et productive que les plantes parentales.
De nouvelles plantes greffées - constituées d'un porte-greffe épigénétiquement modifié pour "croire" qu'il a été soumis à un stress - jointes à un greffon non modifié ou à une pousse aérienne, donnent naissance à une progéniture plus vigoureuse, productive et résistante que les plantes parentales. /P>
C'est la découverte surprenante d'une équipe de chercheurs qui a mené des essais sur le terrain à grande échelle avec des plants de tomates à trois endroits très éloignés sur plusieurs générations de plantes. Ils soutiennent que la découverte, issue d'une collaboration entre Penn State, l'Université de Floride et une petite start-up du Nebraska, a des implications majeures pour la sélection végétale.
Les plants de tomates greffés impliqués dans la recherche ont produit des graines qui ont donné une descendance qui était, en moyenne, 35 % plus productive. Et cette vigueur de croissance a persisté dans la descendance sur cinq générations dans l'étude. Crédit :État de Pennsylvanie
Étant donné que la technique implique l'épigénétique - la manipulation de l'expression de gènes existants et non l'introduction de nouveau matériel génétique à partir d'une autre plante - les cultures produites à l'aide de cette technologie pourraient éviter la controverse associée aux organismes génétiquement modifiés et aux aliments. C'est l'espoir du chef d'équipe de recherche Sally Mackenzie, professeur de phytologie au College of Agricultural Sciences et professeur de biologie au Eberly College of Science de Penn State.
Mise en place de plants de tomates épigénétiquement modifiés… Les chercheurs pensent qu'il s'agit de la première véritable démonstration d'une méthode de sélection épigénétique adaptée à l'agriculture. Ils disent que la technologie est prête à être déployée immédiatement par les sélectionneurs de plantes agricoles. Crédit :État de Pennsylvanie
"Bien que nous l'ayons fait avec de la tomate, cela peut être fait avec n'importe quelle plante", a-t-elle déclaré. « Nous pensons que cette étude représente une percée majeure dans la démonstration du potentiel de la sélection épigénétique pour les cultures. Et plus tard, cela aura des implications majeures pour les arbres et les forêts face au changement climatique. »
S'appuyant sur des recherches antérieures menées par le groupe de recherche de Mackenzie à Penn State, le porte-greffe provenait de plants de tomates dans lesquels les chercheurs ont manipulé l'expression d'un gène appelé MSH1 pour induire la «mémoire du stress». Cette mémoire est héritée par certains descendants, ce qui leur donne le potentiel d'une croissance plus vigoureuse, plus robuste et plus productive.
Le gène MSH1 a permis aux chercheurs d'accéder à la voie contrôlant un large éventail de réseaux de résilience des plantes, a expliqué Mackenzie, qui est titulaire de la chaire Lloyd et Dottie Huck pour la génomique fonctionnelle et directeur du Plant Institute de Penn State. "Lorsqu'une plante subit un stress tel que la sécheresse ou une chaleur extrême prolongée, elle a la capacité de s'adapter rapidement à son environnement pour devenir phénotypiquement" plastique "- ou flexible", a-t-elle déclaré. "Et, il s'avère qu'il 'se souvient'."
La découverte que ces traits "mémorisés" sont passés des racines à travers la greffe jusqu'au sommet de la plante - publiée aujourd'hui (22 octobre 2020) dans Nature Communications – est extrêmement important, a souligné Mackenzie. Les plants de tomates greffés impliqués dans la recherche ont produit des graines qui ont donné une progéniture qui était, en moyenne, 35% plus productive - un résultat étonnant, a-t-elle noté. Et cette vigueur de croissance a persisté dans la descendance pendant cinq générations dans la recherche.
Xiaodong Yang, professeur adjoint de recherche en biologie (à gauche) et Hardik Kundariya, qui a récemment terminé ses études doctorales, ont dirigé le projet au laboratoire Mackenzie pour démontrer les effets de la manipulation épigénétique sur les performances des plantes. Ici, ils sont montrés en train d'évaluer les plantes Arabidopsis épigénétiquement modifiées pour les changements de croissance. Crédit :État de Pennsylvanie
Les plantes sont également plus résistantes, selon Mackenzie. Au cours d'une partie de l'étude au centre de recherche agricole Russell E. Larson de Penn State en 2018, les tempêtes ont laissé tomber plus de 7 pouces de pluie en août, inondant les champs de tomates. L'eau mise en commun a anéanti les plantes qui faisaient partie d'autres essais de recherche. Cependant, les plantes qui étaient la progéniture des plantes greffées avec le porte-greffe épigénétiquement manipulé ont pour la plupart survécu, puis elles ont prospéré.
La descendance des plantes greffées a également montré une capacité de survie supérieure dans les autres essais sur le terrain menés en Californie et en Floride.
La recherche est la première véritable démonstration d'une méthode de sélection épigénétique adaptée à l'agriculture, a déclaré Mackenzie, ajoutant que la technologie est prête à être déployée immédiatement.
«Tout ce que nous faisons, n'importe quel sélectionneur de plantes dans l'agriculture peut le faire, et maintenant nous avons montré à grande échelle que cela a une valeur agricole. C'est prêt à l'emploi - un sélectionneur pourrait lire à ce sujet et mettre en œuvre le système pour améliorer sa variété », a déclaré Mackenzie.
Référence :« La vigueur de croissance améliorée héréditaire induite par MSH1 par greffage est associée à la voie RdDM chez les plantes » par Hardik Kundariya, Xiaodong Yang, Kyla Morton, Robersy Sanchez, Michael J. Axtell, Samuel F. Hutton, Michael Fromm et Sally A. Mackenzie, 22 octobre 2020, Nature Communications .
DOI :10.1038/s41467-020-19140-x
Sont également impliqués dans la recherche à Penn State :Michael Axtell, professeur de biologie; Xiaodong Yang, professeur assistant de recherche en biologie; Robersy Sanchez, professeur agrégé de recherche en biologie; et Hardik Kundariya, étudiant diplômé en biologie; Samuel Hutton, Université de Floride; et Michael Fromm et Kyla Morton, EpiCrop Technologies, Lincoln, Nebraska.
Les travaux ont été financés par la National Science Foundation, les National Institutes of Health et le National Institute of Food and Agriculture du Département américain de l'agriculture.
