La découverte de l’outil d’édition du génome CRISPR/Cas en 2012 marque un tournant dans la recherche et la sélection végétale : grâce à ses propriétés pratiques – précision, facilité d’utilisation et faible coût – la méthode conquiert les laboratoires du monde entier. Dans la sélection végétale, les « ciseaux génétiques » sont aujourd’hui indispensables, même si le terme « nouvelles techniques génomiques » (NGT) est plus approprié, car il existe désormais une multitude d’outils d’édition aux capacités différentes.

Le nombre d’études scientifiques peut servir d’indicateur des progrès : la base de données EU-SAGE, un réseau de 134 instituts de recherche européens, recense environ 1 000 travaux d’édition du génome évalués par des pairs, issus de 58 pays et portant sur 76 espèces végétales. Parmi les cultures étudiées, le riz arrive en tête, suivi de la tomate, du blé, du maïs et du soja. La plupart des applications visent à rendre les plantes plus résistantes aux stress abiotiques tels que la sécheresse, la salinité ou les températures extrêmes, ainsi qu’aux maladies et aux ravageurs. D’autres axes portent sur l’augmentation du rendement et l’amélioration de la qualité – notamment le goût, la valeur nutritionnelle et la conservation.

Cette évolution se reflète également dans la réglementation : des pays comme les États-Unis, le Canada, l’Inde ou la Chine ont adapté leurs cadres juridiques. Les plantes génétiquement éditées simples (SDN1, SDN2) n’y sont plus soumises aux exigences strictes de la génétique classique. La Commission européenne a également présenté une proposition de réforme actuellement en discussion avec les institutions européennes – États membres et Parlement européen.

Un regard en arrière

Pour comprendre pourquoi on parle souvent de « révolution » à propos des ciseaux génétiques, il est utile de se pencher sur l’histoire de la sélection végétale. Les objectifs fondamentaux ont à peine changé au fil des millénaires : il s’est toujours agi de rendre les cultures plus productives et plus résistantes.

Les trois principales cultures de l’humanité sont le maïs, le blé et le riz. Elles proviennent de graminées sauvages aux épis minuscules et ont été domestiquées il y a environ 10 000 ans par sélection artificielle : les humains ont multiplié de manière ciblée les plantes aux épis plus gros et ont ainsi progressivement obtenu de meilleurs rendements. Cela a été possible parce que les plantes d’une même espèce diffèrent, tant par leur apparence que par leur génome. Cette diversité génétique est ce qui rend la sélection possible.

La sélection végétale a connu un essor considérable au milieu du XXe siècle, lorsqu’on a découvert qu’il était possible de provoquer des mutations artificiellement : exposer des graines à des radiations ou à des substances chimiques entraîne de nombreuses modifications de l’ADN pouvant générer de nouvelles caractéristiques. La plupart des mutations sont neutres, certaines sont négatives et très peu positives. Comme il en résulte toujours un mélange de caractéristiques, cette méthode est appelée mutagenèse non dirigée. Pour éliminer les caractéristiques indésirables, des croisements rétrocroisés complexes sont nécessaires. Plus de 3 000 variétés ont ainsi été obtenues, dont le blé dur pour les pâtes ou les pamplemousses roses.

La précision plutôt que le hasard

Avec les nouvelles techniques génomiques (NGT), une nouvelle ère de la sélection végétale commence : le génome peut désormais être modifié de manière ciblée et directe, sans introduire d’ADN étranger. Les NGT incluent les nucléases à doigts de zinc, les TALEN et les systèmes CRISPR/Cas, qui se sont imposés grâce à leur simplicité d’utilisation. La génétique classique a, pour la première fois, adopté une approche ciblée : des gènes pour certaines caractéristiques, comme la résistance aux ravageurs, sont introduits directement dans le génome des plantes. Un exemple est le maïs Bt, qui repousse les insectes grâce à un gène bactérien. Les critiques portent sur le franchissement des barrières d’espèces et sur le caractère aléatoire : personne ne peut prédire où le gène supplémentaire sera intégré dans le génome.

Grâce aux modifications de l’enzyme Cas9, de l’ARN guide (guide RNA) ainsi qu’à la découverte de nouvelles protéines Cas, les possibilités de l’édition du génome se sont nettement élargies ces dernières années : des variantes comme le base editing, le prime editing et le multiplex editing augmentent le nombre de sites modifiables dans le génome et permettent des interventions encore plus précises.

Outre la recherche fondamentale, les applications pratiques prennent de plus en plus d’importance : un accent particulier est mis sur la résistance aux maladies ; parallèlement, la teneur en vitamines des tomates et des bananes est augmentée ou les allergènes dans le blé, le soja et les arachides sont éliminés. Certaines variétés éditées ont déjà été autorisées, beaucoup d’autres sont en cours de développement, mais aucune variété n’est encore cultivée à grande échelle.

États-Unis : plusieurs plantes ont été autorisées, par exemple des soja avec un profil amélioré en acides gras, des feuilles de moutarde moins amères, du cameline, du colza.
Japon : deux variétés de tomates, une de maïs et une de pomme de terre ainsi que trois espèces de poissons ont été autorisées. Une variété de tomate et les trois poissons à croissance rapide sont déjà commercialisés.
Chine : cinq variétés éditées (blé, maïs, soja et riz) ont été autorisées fin 2024 ; leur culture devrait commencer prochainement.
Inde : en 2025, deux variétés de riz éditées résistantes au climat ont été autorisées. Les semences sont en cours de multiplication et la culture devrait commencer prochainement.

Ce qui est possible

Modification de l’activité des gènes. Une grande partie des études réalisées utilise CRISPR pour introduire des mutations ponctuelles et de petites insertions dans des gènes spécifiques. De cette manière, les gènes peuvent être rapidement et facilement désactivés (knock-out), et l’on peut observer les effets sur la plante. CRISPR est ainsi devenu un outil central de la recherche fondamentale : dans le cadre d’une mutagenèse systématique, une région cible – généralement un gène ou une partie de celui-ci – est mutée à chaque position afin d’identifier quelles modifications sont compatibles avec la fonction et lesquelles sont délétères. Cela permet d’obtenir rapidement une vision des mutations conduisant à des caractéristiques souhaitées, comme la résistance aux maladies.

Outre la désactivation des gènes, la modification ciblée de la régulation génétique gagne en importance. De petites modifications dans les promoteurs – les régions régulatrices – peuvent ajuster finement l’activité des gènes et générer de nouvelles caractéristiques.

Accélérateur de sélection. Les systèmes CRISPR/Cas ouvrent de nouvelles voies dans la sélection végétale. En comparant les plantes sauvages et cultivées, il est possible d’identifier les régions du génome modifiées au cours de la sélection. De nombreuses cultures actuelles sont génétiquement appauvries, car la sélection s’est concentrée sur le rendement. Grâce à CRISPR/Cas, le processus de domestication peut être relancé et accéléré. Il serait ainsi possible de créer des plantes combinant la robustesse et souvent le meilleur goût des espèces sauvages avec les caractéristiques de rendement des cultures.

Un exemple bien connu est la tomate sauvage Solanum pimpinellifolium : des chercheurs ont désactivé six gènes grâce au multiplex editing et ont obtenu, après une seule génération, des plantes présentant une croissance améliorée, plus de fleurs, des fruits plus gros et une teneur plus élevée en lycopène. Des approches similaires sont poursuivies pour les fraises sauvages et les riz sauvages.

Les nouvelles techniques génomiques (NGT) prennent également de l’importance dans la sélection hybride : les plantes hybrides offrent souvent des rendements plus élevés et une meilleure résistance. La production de semences hybrides nécessite des lignées mâles stériles, c’est-à-dire des plantes sans pollen fertile. Alors que ces caractéristiques devaient autrefois être introduites laborieusement, les NGT permettent aujourd’hui de désactiver de manière ciblée les gènes responsables de la formation du pollen. Cela permet de créer des lignées mâles stériles stables et de simplifier la production hybride.

Protection des plantes plus durable et ciblée. L’édition du génome est particulièrement adaptée pour rendre les plantes résistantes aux virus, bactéries ou champignons, car la modification d’un seul gène suffit souvent. Un exemple est le blé résistant à l’oïdium, dans lequel le gène MLO est désactivé, empêchant le champignon d’infecter les cellules. D’autres exemples montrent le potentiel : désactiver le gène DMR6 renforce les défenses des tomates. De nombreux virus utilisent des gènes de l’hôte pour se multiplier ; leur désactivation rend les plantes résistantes.

Contrairement aux pesticides chimiques, ces approches sont ciblées et affectent peu les autres organismes, ce qui pourrait réduire leur utilisation.

Ce qui (n’est pas encore) possible

Les méthodes ont leurs limites. Les caractéristiques complexes comme la tolérance à la sécheresse ou au sel ne peuvent pas être créées facilement, car elles impliquent de nombreux gènes. Des effets secondaires peuvent apparaître.

La résistance aux insectes est également difficile, car elle repose sur des réseaux complexes.

L’insertion de grands segments d’ADN reste inefficace.

Perspective

Les NGT ne sont pas des outils miracles, mais elles permettent une sélection plus rapide et plus précise. Après l’édition, plusieurs années de sélection sont encore nécessaires.

À l’avenir, la combinaison avec l’intelligence artificielle jouera un rôle clé pour identifier les gènes importants et concevoir de nouveaux outils moléculaires.