Projet H2020 CRISP-4-CROPS : Mise en œuvre de la technologie CRISPR/Cas9 pour améliorer la résistance au stress abiotique des céréales
- Taper Projet
- État Rempli
- Exécution 2017 -2018
- Budget alloué 72.500,00 €
- Portée Europeo
- Principale source de financement H2020
- Site Web du projet CRISP-4-CROPS
Parmi les céréales, le maïs (Zea mays) est la plus produite (près de 900 millions de tonnes par an) et la troisième céréale ayant la plus grande valeur économique, après le riz et le blé, selon la FAO (FAOSTAT, 2016). C'est pourquoi, dans le cadre de CRISPR-4-CROPS, IDEN a réalisé le processus de génération d'une nouvelle variété de maïs en utilisant la technologie CRISPR.
Le projet d’un an a été proposé comme une première étape pour l’amélioration du maïs. Le projet a été structuré en trois étapes.
Sélection des gènes cibles. Il a été initialement conçu pour améliorer une seule caractéristique du maïs. À cette fin, une revue bibliographique et une analyse de brevets pour les gènes cibles d’intérêt ont été réalisées.
Dans cette procédure, d’autres gènes d’intérêt liés à la production de composés sains ont également été identifiés. En fin de compte, l’objectif était de développer des lignées de maïs qui suraccumulent des composés sains, améliorant ainsi le profil nutritionnel (les informations sur les gènes cibles sont gardées confidentielles pour éviter de futurs problèmes de brevetabilité). On espère que l’élimination de l’expression de ces gènes à l’aide de la technologie CRISPR pourrait contribuer au développement de nouvelles variétés de maïs présentant les caractéristiques susmentionnées.
Édition génétique. Deux méthodes de transformation des plantes ont été utilisées pour la mise en œuvre de la technologie CRISPR : médiée par Agrobacterium ou biolistique, mais différents taux de réussite ont été obtenus en fonction de cette sélection. Pour cette raison, le projet a été divisé en deux branches, chacune comprenant un gène d’intérêt et une méthodologie de transformation.
Le projet ne comprenait que les étapes initiales du développement de variétés de maïs, car il faut au moins trois ans pour générer des semences en vrac de plantes mutantes prêtes à être testées pour un rendement amélioré. Des essais sur le terrain doivent ensuite être réalisés, ce qui pourrait prendre deux à trois ans. Au total, une fois le projet CRISPR-4-CROPS terminé, il faut environ six ans pour développer une nouvelle variété de maïs.
Le changement climatique mondial rapide affecte la productivité agricole et, par conséquent, la disponibilité alimentaire dans le monde entier. Le réchauffement climatique, le stress thermique, la sécheresse, la salinité, etc. affectent considérablement la productivité agricole et menacent la sécurité alimentaire mondiale. Dans ce contexte, il existe un grand besoin de recherche multidisciplinaire pour sélectionner et développer des cultivars à haut rendement résistants à ces stress abiotiques, qui peuvent maintenir et améliorer la productivité agricole dans les champs de culture. Les céréales sont la principale source d’aliments et de composants nutritionnels pour la santé humaine et l’alimentation du bétail dans le monde entier. Il convient de noter qu’un cinquième des terres arables de la planète sont arides et semi-arides, et que les deux tiers sont salines, ce qui a de graves répercussions sur la productivité agricole et le profil nutritionnel. Dans ce contexte, la sélection de cultivars tolérants à la sécheresse et à la salinité est proposée comme une alternative viable pour maintenir la productivité agricole dans ces régions.
Le recours à la sélection traditionnelle est efficace, mais très lent : environ 10 ans de recherche et d'expérimentations sur le terrain.
La mise en œuvre des techniques d’édition génétique nécessite un personnel hautement qualifié. L'objectif général de la proposition est de surmonter les obstacles au recrutement de doctorants hautement qualifiés ou de spécialistes équivalents dans les techniques d'édition de gènes pour les applications agricoles, en particulier le système CRISPR-Cas 9.
Iden Biotechnology SL, une société d'agrobiotechnologie axée sur le développement de produits pour l'industrie agroalimentaire, cherche à exploiter CRISPR/Cas9 (répétitions palindromiques courtes groupées et régulièrement espacées), une technologie récemment développée pour la modification ciblée du génome, pour produire de nouvelles variétés de céréales qui suraccumulent des composés bénéfiques, améliorant ainsi leur profil nutritionnel. CRISPR/Cas9 donne aux scientifiques la possibilité de modifier l’ADN plus précisément en activant ou en désactivant les gènes, ou en les modifiant. L’utilisation de cette technique pour l’amélioration des cultures présente trois avantages principaux : techniques, législatifs et concurrentiels :
- Les résultats obtenus sont similaires à ceux qui pourraient être obtenus par des mutations naturelles et des améliorations génétiques conventionnelles, bien qu’ils soient ciblés, plus précis et plus rapides.
- Outre les avantages techniques mentionnés ci-dessus, les cultures modifiées à l’aide de cette technique peuvent ouvrir de nouvelles opportunités de marché, notamment le marché européen.
- Avantage concurrentiel.
L’objectif général de la proposition est de surmonter les obstacles au recrutement de doctorants hautement qualifiés ou de spécialistes équivalents dans les techniques d’édition de gènes pour les applications agricoles, en particulier CRISPR-Cas 9.
Iden Biotechnology SL est une société privée d'agrobiotechnologie fondée en 2005 avec pour mission de répondre aux besoins de l'industrie agroalimentaire.
Notre objectif est d'exploiter CRISPR/Cas9 (courtes répétitions palindromiques groupées et régulièrement espacées), une technologie récemment développée pour l'édition ciblée du génome, pour produire de nouvelles variétés de céréales résistantes au stress abiotique (résistance aux basses températures, à la sécheresse et/ou à la salinité).
CRISPR/Cas9 donne aux scientifiques la possibilité de modifier l’ADN plus précisément en activant ou en désactivant les gènes, ou en les modifiant. Ils peuvent identifier et éliminer les faiblesses ou insérer des traits souhaités déjà présents chez d’autres espèces.
L’utilisation de cette technique pour l’amélioration des cultures présente trois principaux avantages : techniques, législatifs et concurrentiels :
Les résultats obtenus sont similaires à ceux qui pourraient être obtenus par des mutations naturelles et des améliorations conventionnelles, bien qu’ils soient ciblés, plus précis et plus rapides.
Outre les avantages techniques mentionnés ci-dessus, les cultures modifiées avec cette technique pourraient ne pas être soumises à la législation sur les OGM, ce qui ouvre de nouvelles opportunités de marché, notamment le marché européen.
Avantage concurrentiel. Le secteur européen de la biotechnologie agricole pourrait bénéficier d'un nouvel outil d'innovation pour surmonter la situation définie par le Conseil consultatif scientifique des académies européennes comme suit : « L'UE est à la traîne par rapport à ses concurrents internationaux en matière d'innovation agricole, ce qui a des implications pour les objectifs de l'UE en matière de science et d'innovation. »
Grâce au recrutement de partenaires, nous avons l’intention d’appliquer cette technologie pour réaliser des modifications génomiques ciblées dans les céréales, en particulier le maïs et le blé, ce qui nous aidera à développer de nouvelles variétés de cultures améliorées et ainsi ouvrir de nouvelles opportunités de marché.
Les améliorations apportées aux cultures au cours du siècle dernier ont contribué au succès de l’alimentation de la population mondiale. Ce succès repose non seulement sur des rendements plus élevés, mais aussi sur une meilleure qualité des aliments et une utilisation plus efficace des ressources.
La modification génétique a été largement utilisée tout au long du XXe siècle pour augmenter la productivité des plantes agricoles. L’édition précise des génomes végétaux à l’aide de nouvelles technologies telles que CRISPR (Clustered Interspaced Regulatory Palindromic Repeats) peut contribuer à atteindre plus efficacement les objectifs de l’agriculture moderne. Cette technologie peut être appliquée à de nombreuses espèces végétales, y compris les céréales, comme mentionné ci-dessus.
Avant la technologie CRISPR, ces projets impliquaient une mutagenèse aléatoire des génomes végétaux et un criblage d’un trait souhaité (c’est-à-dire une plante plus performante) dans une population de plus de 23 000 lignées, chacune comportant au moins 10 plantes. Autrement dit, quelque 230 000 plantes ont dû être plantées, cultivées et analysées.
La mise en œuvre de CRISPR pour l’édition génétique présente un potentiel énorme, car elle permet la modification spécifique des caractéristiques d’un organisme. L’approche d’IDEN s’est concentrée sur la modification d’une caractéristique du maïs qui augmenterait sa valeur agronomique (c’est-à-dire une teneur accrue en éléments nutritifs et une consommation d’eau réduite) et, par conséquent, la valeur marchande de la culture. Bien que le produit final devrait être commercialisé dans plusieurs années, la première étape consiste à optimiser le système et à modifier les gènes pour valider son utilisation potentielle dans le développement de meilleures variétés.
Grâce à la technologie CRISPR, l’investissement nécessaire pour obtenir une plante mutante a été considérablement réduit, la rendant viable pour une PME comme IDEN, ouvrant la porte au développement et à la commercialisation de nouveaux produits.
Pour ces raisons, l’objectif du projet CRISPR-4-CROPS est de générer une nouvelle souche de maïs avec une plus grande valeur marchande. D’une part, l’objectif est de générer une variante de maïs qui suraccumule les composés nutritionnels (biofortification). Dans le cadre d’un projet parallèle, l’objectif est de développer une variété de maïs plus tolérante au stress abiotique comme alternative viable pour maintenir la productivité dans des conditions climatiques défavorables.
La faisabilité technique, la spécificité élevée, le faible coût et le temps de génération court par rapport à d’autres méthodes se traduisent par un impact économique significatif.
Il est important de noter que le calendrier du projet se concentre principalement sur la mise en œuvre de la technologie CRISPR dans le maïs, mais une fois terminée, il reste encore un long chemin à parcourir avant qu'un produit puisse être commercialisé. Bien qu’il s’agisse d’une première étape dans le processus d’amélioration des cultures, la mise en œuvre de cette technologie permet à IDEN de l’utiliser pour modifier d’autres traits (d’autres gènes cibles), d’autres espèces végétales et même d’autres organismes à l’avenir. La capacité d'utiliser la technologie CRISPR positionne IDEN comme une PME innovante dans le paysage mondial de l'édition génétique et ouvre de nouvelles opportunités de développement de produits.
- IDEN BIOTECHNOLOGY SL (IDEN)
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