À vos marques, prêts ? Séquencez !

Publié dans Le Bulletin des agriculteurs de septembre 2010

Chez DNA LandMarks, on utilise la technologie des marqueurs pour accélérer l’amélioration génétique de manière fulgurante. En grandes cultures, vous n’avez encore rien vu !
par André Dumont

Une mystérieuse maladie fongique se met à faire des ravages dans le soya. Les fongicides existants s’avèrent inefficaces et, partout en Amérique du Nord, les rendements chutent dramatiquement. Dans ce scénario catastrophe, une lueur d’espoir : quelque part en Asie, une variété de soya est dotée d’une résistance naturelle à ce nouvel envahisseur.

Des scientifiques d’un laboratoire de Saint-Jean-sur-Richelieu s’attaquent aussitôt au défi d’identifier ce gène de résistance et de le transférer aux lignées de soya les plus performantes. Tout cela, en deux à trois ans, sans manipulation génétique aucune. Bienvenue dans le monde des marqueurs génétiques, une technologie dont on ne commence qu’à apprécier le principal bénéfice : une accélération fulgurante de l’amélioration génétique par croisements naturels.

Cette technologie est l’affaire de DNA LandMarks, un chef de file mondial en élaboration de marqueurs et séquençage d’ADN végétal et animal. « Avec les marqueurs, on exploite le maximum du bagage génétique disponible », affirme Joachim Richert, président et chef de la direction.

Fondée par d’anciens chercheurs de la station d’Agriculture Canada à Saint-Jean-sur-Richelieu, DNA Land- Marks est aujourd’hui une filiale de BASF Plant Science, partie intégrante du géant allemand de l’agrochimie BASF. En plus de répondre aux besoins internes de BASF, elle offre ses services à d’autres entreprises qui cherchent à identifier des gènes pour améliorer le rendement de certaines semences.

Les chercheurs de DNA Land- Marks ont développé un savoir-faire dans l’identification des marqueurs génétiques comme les SNP (Single Nucleotide Polymorphisms). Il s’agit d’une variation observable dans une section d’ADN qui peut être responsable d’un caractère spécifique, comme la production de gras laitier chez une vache, ou la résistance chez une céréale à des périodes de sécheresse.

Dans notre cas hypothétique – et fort plausible – d’une maladie fongique attaquant le soya, les chercheurs de DNA LandMarks se seraient procuré un échantillon de tissu végétal du soya affichant une résistance pour aussitôt en séquencer l’ADN. La lecture du résultat dévoilerait vraisemblablement une section d’ADN différente des autres soyas sensibles à la maladie qu’on pourrait associer à la résistance fongique souhaitée et identifiée à l’aide de marqueurs.

Comment intégrer cette section d’ADN à une variété de soya élite ? Par des croisements au champ, tout simplement ! Après un seul croisement, les chercheurs pourront à nouveau lire l’ADN et repérer les marqueurs pour isoler les individus qui auront hérité du gène de résistance, et ce, tout en conservant un maximum de caractères de la variété élite.

Ces individus seront croisés une deuxième et dernière fois de sorte qu’après seulement deux saisons, on aura obtenu des individus qui n’auront rien perdu des qualités du soya élite, tout en comptant le gène de résistance fongique du donneur.

Il s’agit tout simplement d’une méthode de culture sélective traditionnelle, grandement accélérée par l’utilisation de la technologie des marqueurs génétiques.

Un popcorn « parfait »
DNA LandMarks a démontré le remarquable potentiel de cette technologie en réussissant un tour de force : implanter les 13 caractères qui font qu’un maïs à éclater (popcorn) éclate parfaitement, dans une lignée de maïs denté à haut rendement.

Le maïs utilisé pour le porcorn a un épi plus petit, donc moins productif. En le croisant avec un maïs denté hautement productif et en analysant la progéniture de ce maïs croisé, les chercheurs de DNA LandMarks ont pu repérer 13 régions du génome regroupant les gènes responsables des « qualités d’éclatement ». Ces régions ont été identifiées à l’aide de centaines de marqueurs qui sont devenus les repères pour évaluer les croisements.

Deux rétrocroisements consécutifs ont été effectués en utilisant le maïs denté comme parent récurrent. Les plantes sélectionnées à chaque génération, grâce aux marqueurs moléculaires, ont par la suite été croisées deux fois avec elles-mêmes. Tout cela afin de « fixer » les caractères de qualité d’éclatement, pour avoir deux copies identiques des gènes associés aux marqueurs utilisés.

DNA LandMarks a réussi à implanter les 13 régions du génome associé aux qualités d’éclatement dans un maïs denté très productif sans qu’aucun des autres gènes du maïs à popcorn ne vienne diminuer les performances au champ de la nouvelle variété. « Ç’a été un grand succès, dit Joachim Richert. Notre client a obtenu un gain de rendement de 20 % à 25 %, du jamais vu. »

DNA LandMarks pilote actuellement le plus grand projet de découverte de marqueurs dans le canola au monde. Elle scrute aussi l’ADN de maïs, soya, orge, blé, coton, tomate et autres fruits et légumes. Elle contribue également à l’amélioration génétique des poulets, des vaches laitières et des porcs.

« Nous ne sommes encore qu’au début de cette grande vague qu’est la génomique », affirme Joachim Richert. Les coûts de cette technologie sont en chute libre, de sorte qu’on pourrait bientôt terminer le séquençage d’espèces à valeur économique moindre, comme la fraise.

20 téraoctets (terabytes) de données
Bien assis sur les fondations du sous-sol de l’édifice de la rue Richelieu, à Saint-Jean, un appareil de séquençage lit les échantillons d’ADN, générant jusqu’à 20 téraoctets (terabytes) de données informatiques. L’appareil abat, en trois semaines et à un coût d’environ 30 000 $, le travail de lecture d’ADN (qui s’est étiré sur 12 ans et a coûté trois milliards de dollars en équipement et main-d’oeuvre scientifique) effectué lorsqu’on a voulu séquencer le génome humain la première fois.

Les données sont d’abord traitées par ordinateur, puis soumises aux formules mathématiques d’une biostatisticienne. D’autres chercheurs scrutent les résultats encore plus en profondeur, à la recherche des marqueurs et de leurs liens avec les gènes.

Tout ce travail vient en appui aux sélectionneurs des clients qui sèment les croisements et observent leur croissance, explique Joachim Richert. Ces sélectionneurs peuvent préférer leurs observations aux résultats de lecture d’ADN, mais la plupart du temps, les données que livre DNA LandMarks ne font que confirmer et affiner les observations au champ. « La génétique moléculaire ne ment pas ! »

Avec les marqueurs, on peut rapidement identifier les individus qui ont intégré le gène du donneur souhaité sans laisser disparaître leurs gènes élites. En utilisant une serre pour contrôler l’environnement de croissance, on peut procéder aux deux rétrocroisements nécessaires à l’intérieur d’une même année. Dès qu’une pousse sort du sol, on peut en lire l’ADN. Sans l’assistance des marqueurs, les rétrocroisements peuvent s’étirer sur dix saisons de croissance, sous l’influence de variables.

La technique des marqueurs comporte cependant une grande limite : les caractères qu’on souhaite ajouter à une variété élite doivent être disponibles dans la nature, chez des espèces compatibles.

Contrairement à ceux qui développent des OGM, les chercheurs de DNA LandMarks ne manipulent pas les gènes. « Nous sommes des voyeurs, mais on ne touche pas. On utilise ce qu’on voit pour aider ceux qui font la sélection des croisements », dit Martin Laforest, chercheur scientifique senior, nouvelles technologies.

En modification génétique (OGM), les chercheurs greffent des gènes d’une espèce dans l’ADN d’une autre, souvent sans que les deux n’entretiennent de lien de parenté. Les marqueurs servent quand même à trouver et isoler ces gènes à transférer ou à les repérer une fois la manipulation complétée.

Le potentiel d’amélioration des grandes cultures avec les biotechnologies est immense, croit Joachim Richert. « Nous ne sommes qu’au début d’une véritable révolution. »

Ce que lisent les chercheurs dans l’ADN des plantes et des animaux demeure encore très vague. On sait que certains « blocs » d’ADN sont responsables de caractères qui contribuent à la performance d’une espèce ou à sa résistance à une maladie. Quant aux gènes individuels, on ignore encore leurs fonctions précises et comment les protéines qu’ils produisent interagissent entre elles.

Toutes ces connaissances devraient s’approfondir rapidement au cours des prochaines années. On parlera alors de génétique moléculaire « haute résolution ». En cernant encore plus précisément les gènes et leurs fonctions, les plantes en grandes cultures pourraient atteindre des niveaux de performance inespérés.

Avec la croissance de la population mondiale, nous devrons doubler la production agricole au cours des 20 prochaines années, souligne Joachim Richert. « Si nous voulons réussir à nourrir tout le monde, ce ne sera possible qu’avec les biotechnologies. La ligne entre l’amélioration classique par croisement et les modifications génétiques (OGM) va s’effacer. »

Description des photos
Les photos sont publiées dans le magazine imprimé
1. Martin Laforest et ses collègues scientifiques de DNA LandMarks utilisent cet appareil de séquençage pour lire l’ADN des tissus végétaux ou animaux. Pour plus de stabilité et de sécurité, l’appareil a été installé au sous-sol, sur les fondations de l’édifice.
2. Au laboratoire de séquençage, Ida Dossou, Julie Landry et Solène Théberge manipulent avec soin les échantillons qui serviront à lire l’ADN.
3. À l’aide des marqueurs, on accélère grandement les méthodes classiques d’amélioration génétique par croisements, explique le chercheur scientifique principal, Martin Laforest.
4. « Nous n’avons encore rien vu de la révolution génomique en cours », affirme Joachim Richert, président et chef de la direction.

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