Universités de Tel-Aviv et de Haïfa, et NRGene (Israël) : décrypter le génome du blé pour nourrir la planète

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Les chercheurs de l’Université de Tel-Aviv, sous la direction du Dr. Assaf Distelfeld, de l’Institut de recherche sur les céréales de la Faculté des sciences de la vie de l’Université, ont tenu un rôle essentiel dans le décryptage et le séquençage du génome du blé tendre, mené par une équipe de plus de 200 scientifiques de 20 pays, avec la participation de la startup israélienne NRGene. Cette étude permettra de développer des variétés de blé plus productives, résistantes aux maladies et adaptées à l’environnement, présente une importance exceptionnelle pour l’avenir de l’humanité. Un an après le décryptage du génome du blé sauvage par l’équipe de recherche du Prof. Distelfeld et la société israélienne de high tech NRGene, un consortium international de scientifiques, auquel a également participé l’Université de Haifa, a réalisé ce qui était considéré comme impossible il y a encore quelques années : décoder et séquencer le génome du blé cultivé, le blé tendre, avec lequel on fait le pain.

Prévenir une crise alimentaire mondiale

« Il est important de connaitre la séquence de l’ADN de tout organisme, en particulier celui des animaux et des plantes que nous utilisons pour notre alimentation », explique le Prof. Distelfeld. « Le blé représente 20% des calories et des protéines consommées par l’humanité, beaucoup plus que n’importe quelle autre plante alimentaire. Si nous parvenons à mieux connaitre le séquençage de son ADN et à mieux comprendre comment fonctionnent ses gènes, nous pourrons améliorer les qualités nutritionnelles de cette céréale de base, la rendre plus saine, et obtenir de meilleures récoltes ».

Selon les chercheurs, pour répondre aux prévisions de la consommation alimentaire en 2050, lorsque la population mondiale comptera environ 10 milliards de personnes, la production de blé devrait croitre d’environ 1,6% par an. Or ces dernières années, elle augmente deux fois moins que cela. Dès lors, le défi est soit s’attendre à une future crise de famine mondiale, soit augmenter la productivité sur les sols cultivés aujourd’hui par amélioration génétique.

Mais les efforts pour l’amélioration génétique du blé se sont heurtés jusqu’à présent à un obstacle presque infranchissable: « Le génome du blé est composé de 17 milliards de lettres, situées sur 21 chromosomes répartis en trois sous-génomes. A titre de comparaison, le génome humain n’en compte que 3,2 milliards », explique le Prof. Distelfeld.

Pour faire face à cette tâche presque impossible, des spécialistes du monde entier se sont réunis en un consortium international destiné au séquençage du génome du blé (IWGSC – international Wheat Genome Sequencing Consortium), regroupant plus de 2400 membres de 68 pays. Chaque groupe de recherche s’est concentré sur une petite fraction de l’un des 21 chromosomes, dans le but ultime de rassembler en fin de compte toutes les pièces du puzzle. Même ainsi, les progrès ont été lents et la tâche semblait difficilement surmontable.

C’est alors qu’est intervenue la société NRGene, une entreprise israélienne de haute technologie composée d’anciens membres de l’Unité 8200, unité de l’Armée israélienne responsable du renseignement de source électromagnétique et du décryptage de codes, qui a présenté son propre algorithme pour déchiffrer le génome. La méthode a multiplié par 10 l’efficacité du décodage, et permis de déchiffrer l’an dernier le génome du blé sauvage. « Après la preuve de la haute qualité du décodage du génome du blé sauvage, nous avons pu convaincre le Consortium, jusque là sceptique, d’aller dans la même voie et avons même permis à la communauté internationale d’accéder aux bases de données des séquences, avant même la publication officielle », déclare le Prof. Distelfeld.

« La technologie révolutionnaire de nos partenaires israéliens nous a permis de faire avancer nos études sur l’amélioration du blé à pas de géant », a ajouté le Dr. Curtis Pozniak, de l’Université de Saskatchewan au Canada, qui a visité Israël en 2016 et financé une grande partie de l’étude.

17 milliards de lettres

Cette collaboration a permis au consortium de décoder les 17 milliards de bases en un an. Il a alors fallu aux chercheurs une année supplémentaire pour comprendre ce qui était écrit dans ces lettres. Le génome du blé de culture, qui comprend environ 107 000 gènes, ne représentent en effet qu’environ 2% de l’ensemble du génome du blé. 85% du génome est constitué par des séquences de virus, qui s’y sont adjoint au cours des millions d’années d’évolution, et ont pris une part importante dans la formation de sa structure et de son organisation, sans cependant posséder d’impact important sur le fonctionnement quotidien de la plante.

« Jusqu’au décodage du génome, nous étions comme des navigateurs dans l’obscurité, sans carte. Il m’a fallu 25 ans pour découvrir un petit nombre de gènes jouant un rôle important dans la résistance aux maladies et l’augmentation de la qualité nutritionnelle du blé. Maintenant, ce processus pourra être raccourci à environ trois à cinq ans. C’est une découverte d’une importance exceptionnelle pour l’avenir de l’humanité », a déclaré le Dr. Tzion Fahima, Directeur de l’Institut de recherche sur l’évolution de l’Université de Haïfa, qui a participé à l’étude.

Le défi est à présent de trouver parmi ces 107 000 gènes ceux dont la manipulation produira des variétés de blé avec une production accrue, qui croissent plus rapidement, ont des valeurs nutritives plus élevées, peuvent se développer dans des conditions extrêmes de chaleur ou de froid, avec moins d’eau, sur un sol plus salé… « Nous recherchons à présent les gènes dont le fonctionnement est important, par exemple celui qui pourra influencer la résistance à la sécheresse. Grâce au déchiffrage du génome, nous pourrons trouver ces gènes plus facilement et plus rapidement », conclut le Prof. Distenfeld.

Publication dans Science, août 2018

Auteur : Sivan Cohen-Wiesenfeld, PhD, Rédac’chef de la newsletter Université de Tel-Aviv/AFAUTA

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