Un gène caché de la fraise rend le fruit plus riche et plus sucré

Les gènes d’entretien, une piste scientifique inattendue

Il existe une catégorie peu connue de gènes végétaux que les biologistes ont longtemps assimilée à un simple bruit de fond. Ces derniers sont classés comme des gènes d’entretien, dont la mission principale consiste à maintenir le fonctionnement quotidien des cellules.

La communauté scientifique partait du principe qu’il s’agissait d’acteurs passifs. On estimait que leur activité était toujours activée et qu’ils accomplissaient invariablement la même chose, les rendant virtuellement invisibles aux yeux des ingénieurs métaboliques.

Une équipe a néanmoins choisi de vérifier cette hypothèse générale. Elle a sélectionné un gène issu de la fraise des bois, présentant une présence quasi nulle dans la recherche sur la saveur ou la nutrition. En procédant ainsi, les scientifiques ont amplifié l’activité de cet élément d’environ cinquante fois et ont observé la manière dont le fruit réagissait.

Une surexpression génétique indétectable de l’extérieur

Le gène testé porte le nom de FveIPT2. Il appartient à une catégorie végétale que les biologistes ont largement mise de côté. Les chercheurs ont tendance à étudier ces gènes d’entretien pour comprendre ce qu’il se passe lorsqu’ils tombent en panne, ce qui se solde habituellement par la mort de la cellule. Autrement, ils sont normalement archivés comme relevant de la pure routine.

Les cytokinines, les hormones végétales responsables de la croissance, de la ramification et de la floraison, montrent une division similaire. Si certaines des enzymes qui les produisent dirigent activement le développement, d’autres, incluant FveIPT2, semblent simplement maintenir les tâches de fond en marche. Ce projet a été dirigé par le docteur Lijun Gan à l’Université agricole de Nanjing (NJAU) avec le docteur Yi Li à l’Université du Connecticut (UConn).

L’équipe a construit des plants de fraisiers qui surexpriment FveIPT2, amenant le gène à fonctionner à des niveaux beaucoup plus élevés que la normale. Deux lignées modifiées sont entrées en essai aux côtés de plants sauvages dans des conditions identiques. L’une des lignées a fait travailler le gène environ huit fois plus fort que les témoins. L’autre l’a poussé près de 49 fois plus fort, bien au-delà de tout ce qu’une plante non modifiée produit habituellement.

Les chercheurs ont ensuite patienté pendant que les plantes poussaient. Elles ont fleuri dans les délais prévus et la formation des fruits s’est opérée au moment opportun. De l’extérieur, absolument rien ne distinguait les spécimens modifiés des spécimens sauvages.

Une explosion inattendue de la chimie du fruit

La première surprise a été identifiée dans ce qui ne s’est pas produit au cours de l’étude. À 40 jours et de nouveau à six mois, les plants modifiés ont égalé leurs homologues sauvages tant en taille qu’en apparence. Le poids unitaire du fruit, les dimensions de la baie et les niveaux de sucre sont tous revenus inchangés. La deuxième surprise a émergé quand l’équipe a mesuré la chimie du fruit.

Le total des anthocyanes a grimpé de 34 % dans la lignée à plus forte expression. Le total des flavonoïdes et des composés phénoliques a augmenté conjointement. Le fruit arborait même une teinte d’un rouge un ton plus foncé. Aucun de ces gains ne s’est accompagné d’une baisse de croissance ou de sucrosité. Cette combinaison offrant davantage d’antioxydants, les mêmes rendements et une sucrosité similaire était inattendue.

Les données sur les métabolites ont montré l’ampleur réelle de l’effet. Sur 1 058 composés détectés dans le fruit mûr, près de sept cents différaient entre les plants modifiés et sauvages. Neuf anthocyanes spécifiques ont grimpé en flèche. Le chlorure de cyanidine a atterri à 18 fois le niveau du type sauvage. Une autre variante de cyanidine se situait près de dix fois plus haut. Le chlorure de pélargonidine a atteint un niveau près de sept fois supérieur.

Ces composés ne sont pas de simples pigments. Les anthocyanes sont des antioxydants, et une revue publiée établit un lien entre eux et un moindre risque de maladies cardiovasculaires et neurodégénératives chez les humains. Les gènes qui construisent ces composés, et les régulateurs qui activent cette voie, fonctionnaient tous à un régime plus soutenu dans le fruit modifié.

Une cascade de réactions qui contourne les schémas classiques

La couleur ne dresse pas un tableau complet, et les fraises tirent la majorité de leur réputation de leur odeur. Sur les 47 terpénoïdes mesurés par l’équipe, 24 ont connu une hausse. Les bonds les plus importants étaient tous deux supérieurs au décuple. Le linalol, le composé derrière les notes douces et florales des fraises, a vu une forte inclinaison. Le composé alpha-pinène, qui ajoute une note résineuse de térébenthine aux baies de qualité inférieure, a chuté visiblement.

Des travaux antérieurs sur les tomates ont montré que relever le linalol par ingénierie métabolique est possible, mais uniquement l’arôme, pas le pigment. Cette équipe a accompli les deux, et uniquement à partir d’un seul gène. Les chercheurs s’attendaient à ce que la cascade emprunte le signal standard des cytokinines, ce qui n’a pas été le cas. Cet itinéraire aurait dû déclencher certains gènes marqueurs, ceux qui s’allument lorsque les hormones cytokinines s’activent.

Lors de leur mesure par l’équipe, ces derniers ont baissé, au lieu de monter. Ainsi, quelle que soit l’action de FveIPT2, la voie hormonale conventionnelle pourrait ne pas être le moteur principal. Le travail quotidien du gène implique la maintenance cellulaire de base, soit le processus d’ajustement des molécules qui aident les cellules à fabriquer des protéines. Ce rôle d’entretien pourrait orienter la chimie du fruit par un mécanisme qui contourne entièrement la signalisation hormonale standard.

De nouveaux horizons pour l’agriculture commerciale

Les expériences ont été conduites en utilisant une fraise des bois, une plante modèle élevée pour un usage en laboratoire plutôt que pour les champs commerciaux. La question de savoir si le même effet se reporte sur diverses autres variétés commerciales reste à tester. La manière dont FveIPT2 déclenche réellement les changements chimiques demeure une question ouverte. Les chercheurs ont écarté la voie hormonale évidente mais n’ont pas identifié ce qui motive l’effet de façon globale.

Pour la première fois, un gène d’entretien de ce type s’est révélé capable de relever la chimie du fruit sans nuire à la plante. « En ciblant un gène de type ARNt plutôt que des régulateurs hormonaux classiques, nous avons pu améliorer la couleur du fruit, l’arôme et les composés nutritionnels sans les pénalités de croissance qui accompagnent souvent l’ingénierie métabolique », a déclaré Gan.

Ce constat procure aux sélectionneurs un levier différent à actionner. Les programmes sur la fraise visant une couleur plus foncée, un arôme plus riche et des antioxydants supérieurs n’ont plus à accepter une diminution de rendement. Si des gènes similaires fonctionnent de la même manière chez les pommes, les pêches ou les raisins, la boîte à outils s’élargit considérablement. Les gènes qui étaient autrefois rejetés pourraient s’avérer figurer parmi les cibles de sélection les plus précieuses que la science fruitière doit encore explorer complètement. L’étude est publiée dans la revue Horticulture Research.

Selon la source : earth.com