Ingénierie des plantes par injections microfluidiques
Pour nourrir la population mondiale croissante, il faut des cultures plus résistantes et mieux adaptées aux changements climatiques, ce qui permet d’obtenir de meilleurs rendements. Pourtant, la sélection des cultures est limitée par des méthodes obsolètes, lentes, limitées à certaines espèces et inefficaces. Avec le changement climatique, la pression croissante des agents pathogènes et la baisse des rendements, il existe un besoin urgent d’outils capables de fournir rapidement et en toute sécurité du matériel génétique aux tissus végétaux.
Surmonter les obstacles à la transformation de l’ADN
Les méthodes de transformation traditionnelles souffrent d’une faible efficacité, d’une compatibilité limitée entre les espèces et d’une faible survie cellulaire. Le transfert médié par Agrobacterium(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) repose sur des bactéries pour délivrer de nouveaux gènes, mais il est laborieux et limité à certaines cultures. Les méthodes basées sur les protoplastes(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) consistent à retirer la paroi cellulaire pour permettre l’absorption de l’ADN, mais les cellules obtenues sont fragiles et ne parviennent souvent pas à régénérer des plantes entières. Les canons à gènes(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) bombardent les tissus avec des particules recouvertes d’ADN, une approche largement applicable mais dommageable qui donne un faible rendement de transformation. Le projet Plant-a-Jet, financé par le CER, s’est donné pour objectif de remédier à ce problème grâce à une nouvelle plateforme à jet conçue pour introduire du matériel génétique directement dans les cellules végétales avec une grande précision. L’équipe adopte l’édition génomique(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) comme stratégie alternative à l’ingénierie végétale. Cette approche utilise des outils moléculaires ciblés pour modifier avec précision des séquences d’ADN spécifiques, permettant ainsi une modification génétique contrôlée et prévisible.
Le «BuBble Gun»
Au cœur du projet se trouve le «BuBble Gun», un dispositif qui génère des jets de liquide ultrarapides à l’intérieur d’une micro-puce, développé dans le cadre du précédent projet BuBble Gun(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) financé par l’UE. Une impulsion laser chauffe brièvement le liquide, formant une microbulle qui propulse le jet vers l’avant. Ce jet transporte l’ADN ou les protéines d’édition génétique dans les tissus végétaux, aidé par de minuscules particules qui ouvrent temporairement des voies à travers la paroi cellulaire. «Notre méthode fonctionne dans des conditions normales de laboratoire, cause un minimum de dommages et peut être mise à l’échelle simplement en créant plusieurs jets en parallèle», souligne David Fernandez Rivas, coordinateur du projet. Ce mécanisme d’administration à la fois doux et puissant constitue une amélioration par rapport à la technologie des pistolets à gènes qui nécessite un équipement encombrant. Le «BuBble Gun» préserve l’intégrité des cellules et permet un ciblage précis, des caractéristiques essentielles pour les applications d’édition du génome.
Démonstration du bien-fondé de la conception
La paroi cellulaire des plantes reste l’un des plus grands obstacles à la biotechnologie végétale. Au lieu de s’appuyer sur une stratégie unique, l’équipe combine la pénétration mécanique du jet de solvant avec des aides chimiques qui ramollissent momentanément le mur. Cette double approche augmente les chances de réussite de l’entrée sur le marché tout en préservant la viabilité des tissus. En outre, elle peut permettre la transformation d’espèces récalcitrantes auparavant inaccessibles aux méthodes standard. Les premières expériences démontrent que le «BuBble Gun» peut délivrer une cargaison génétique rapidement et avec une précision remarquable. Il est important de noter que la cargaison atteint sa cible sans dégradation. Ces résultats démontrent clairement que la plateforme peut permettre l’édition du génome sans ADN directement dans les méristèmes végétaux, en évitant potentiellement les longues phases de régénération requises par les technologies existantes.
Les prochaines étapes
Le projet se concentre désormais sur la démonstration de l’efficacité de plusieurs espèces de cultures à haute valeur ajoutée, y compris celles qui sont notoirement difficiles à transformer. Les travaux menés en parallèle visent à améliorer le débit et la précision et à affiner la conception du micro-jet pour permettre un déploiement à l’échelle industrielle. L’impact potentiel de Plant-a-Jet est multiple, car il offre des possibilités d’édition du génome plus rapide, plus accessible et à haut débit. «Notre approche pourrait contribuer à accélérer le développement de cultures améliorées et de stratégies modernes de sélection de cultures résistantes au climat», conclut David Fernandez Rivas.
