par Alisa Boswell-Gore
Nous avons demandé à Liuling Yan, professeur de génétique moléculaire et de sélection du blé au département des sciences végétales et du sol de l'université d'État d'Oklahoma, qui a récemment découvert le gène TaCol-B5 dans les plants de blé, ce qui rendait ce gène si spécial.
Il améliore le rendement du blé de plus de 10 % – une augmentation significative dans le monde de la production de blé.
En raison de la croissance rapide de la population humaine et du changement climatique, il est nécessaire de disposer de variétés de cultures qui produisent des rendements élevés avec des quantités limitées d'engrais artificiels et de pesticides et qui soient plus résistantes aux conditions météorologiques imprévisibles.
Obtenir le meilleur rendement possible avec les céréales n'est pas chose aisée, les scientifiques devant créer un équilibre délicat entre les caractéristiques génétiques du blé, telles que la taille des graines, leur nombre et le nombre d'épis. Les scientifiques créent cet équilibre délicat au sein d'un système génétique très complexe dans lequel 80 % des séquences génétiques sont hautement répétitives et peu de gènes ont été reliés à une caractéristique spécifique de la plante, de sorte que déterminer quel gène accomplit quel trait n'est pas une mince affaire. Le moins que l'on puisse dire, c'est que l'assemblage du puzzle génétique qui permet de créer le cultivar de blé le plus optimal est une tâche compliquée.
C'est pourquoi la découverte de gènes comme TaCol-B5 est si importante pour nourrir le monde. Son effet direct sur la production de céréales en fait un excellent candidat pour tirer le meilleur parti de sa récolte de blé – littéralement.
"À mon avis, il s'agit d'une découverte décisive dans le monde de la génétique végétale", a déclaré Scott Senseman, vice-président de l'OSU Ag Research. "La possibilité d'obtenir une augmentation de rendement supérieure à 10 % grâce à l'activité d'un seul gène dans une culture de blé est un développement qui pousse la révolution verte lancée par le Dr Norman Borlaug il y a plusieurs décennies dans un autre domaine. Cette découverte et son application pourraient faire la différence entre les gens qui ont de la nourriture et ceux qui ont faim. Il est difficile de trouver une découverte ayant un impact plus important que cela."
Le gène TaCol-B5, qui a été découvert dans le cultivar de blé Cltr176 du Mexique, augmente de plus de trois le nombre d'épillets (groupe de fleurs produisant des graines) sur un épi de blé, ce qui est significatif lorsque les épis d'un plant de blé ne totalisent habituellement que 15 à 25 épillets. Le gène a également permis d'augmenter le nombre de talles fertiles (épis contenant des graines) par plante.
"Nous avons besoin de plus de preuves des traits génétiques dans les cultivars de blé", a déclaré Yan. "Nous aurions pu nous arrêter sur le quoi, mais nous avons continué sur le pourquoi, et c'est dans le pourquoi que se trouve l'histoire. Le pourquoi est le mécanisme qui sous-tend le fonctionnement de la science. Il ne suffisait pas de découvrir ce gène. Comprendre sa génétique nous a permis de comprendre pourquoi ce cultivar produit plus."
Les collègues de recherche de Yan sur le projet comprenaient Xiaoyu Zhang, étudiant en doctorat à l'OSU; le scientifique invité Haiyan Nia, professeur de génétique du blé à l'Université agricole de Nanjing en Chine; et Brett Carver, professeur des Régents et titulaire de la présidence de la génétique du blé en agriculture à l'OSU.
Les recherches de Yan ont consisté à essayer de trouver dans quels autres cultivars de blé se trouve le gène TaCol-B5, et il a découvert que ce gène est rare, puisqu'il ne se trouve que dans environ 2 % des blés du monde entier. Avant que Yan et ses collègues ne découvrent les marqueurs génétiques de cette variante, les scientifiques n'avaient aucun moyen de la localiser dans les plantes de blé.
Yan et ses collègues scientifiques ont cloné le gène et l'ont placé dans un cultivar appelé Yangmai18, un cultivar aux taux de rendement moyens. Les recherches ont montré une augmentation moyenne du rendement de 11,9 % dans la plante génétiquement modifiée, l'augmentation la plus significative étant de 19,8 % dans une autre lignée de la descendance. Ces lignées expérimentales n'étaient pas destinées à un usage commercial mais à la compréhension du fonctionnement du gène.
"Lorsque nous sélectionnons une variété de blé, nous passons de la génération des parents à celle de la descendance. Une augmentation de 5 % du rendement permet de commercialiser une nouvelle variété", a déclaré M. Carver. "Maintenant, passons à ce gène. Nous disons que ce gène peut augmenter le rendement de près de 12 %. Et ce n'est qu'un seul gène. C'est remarquable. Allons-nous obtenir 12 % chaque fois que nous ferons de la sélection avec ce gène ? Nous n'en sommes pas sûrs, mais cela nous donne maintenant des cibles pour changer et améliorer le rendement au niveau moléculaire. C'est un outil que nous pouvons maintenant utiliser pour compléter et perfectionner ce que nous faisons sur le terrain."
Grâce à l'identification par Yan des marqueurs génétiques du gène, celui-ci a maintenant été identifié dans son état naturel dans le cultivar de blé Billings, et il est possible de le localiser également dans d'autres cultivars.
"Dans les futurs cycles de sélection, nous suivrons le gène dans la plante de Billings en utilisant les marqueurs génétiques du Dr Yan comme moyen de le localiser et d'affirmer sa présence", a déclaré Carver.
Au cours de sa carrière, Yan a cloné plusieurs gène du blé, dont la percée du gène TaOGT1 l'année dernière. Ses recherches sur le gène TaCol-B5 ont récemment été publiéees dans Science, un magazine scientifique publié par l'American Association for the Advancement of Science. Selon les représentants de Science, seulement 1 % des articles publiés dans la revue soont liés à la recherche en agriculture.
Selon un article paru dans Science, la découverte du TaCol-B5 est une "étape importante vers l'amélioration du rendement des céréales" car il permet aux scientifiques de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent les caractéristiques génétiques liées au rendement.
"Peu de scientifiques font l'effort de soumettre des articles scientifiques à la revue Science, et actuellement, moins de 7 % des articles soumis passent par le rigoureux processus de publication", a déclaré M. Senseman. "Historiquement, cette revue a été l'une des revues prééminentes de la communauté scientifique. Il est particulièrement remarquable que les travaux agricoles soient mis en avant, et nous sommes très fiers que l'un des scientifiques de notre université figure dans cette publication."
