CRISPR/Cas9 based gene editing in wheat and potato to enhance multiple disease resistance

Le blé et la pomme de terre sont deux des cultures canadiennes les plus importantes sur le plan économique. Ils comptent parmi les cultures les plus importantes au monde et constituent des aliments de base pour plus de 4 milliards de personnes. Le blé a été l’une des premières cultures vivrières domestiquées et reste l’une des plus importantes sources de calories et de protéines alimentaires. La pomme de terre est la culture de base la plus cultivée après le blé, le riz et le maïs. Le blé et la pomme de terre souffrent de stress biotiques et abiotiques, ce qui entraîne une baisse du rendement et de la qualité. La fusariose de l'épi causée par l’agent pathogène fongique Fusarium graminearum est l'une des maladies les plus importantes du blé, entraînant une grave perte de rendement et de qualité du rendement en raison de l'accumulation de mycotoxines telles que le déoxynivalénol (DON) et le nivalénol (NIV). Chez la pomme de terre, la brûlure tardive causée par Phytophthora infestans et la brûlure hâtive causée par Alternaria solani peuvent avoir des effets dévastateurs sur le rendement des pommes de terre, allant jusqu’à anéantir des récoltes entières. En réponse à l’attaque d’un agent pathogène, les plantes procèdent à une mort cellulaire programmée pour limiter l’agent pathogène au point d’infection. Cependant, les agents pathogènes hémibiotrophes et nécrotrophes se nourrissent de ces cellules mortes pour leur croissance. L'édition génétique des gènes de la voie de la mort cellulaire programmée à l'aide de CRISPR/Cas9 peut améliorer la résistance de l'hôte aux attaques d'agents pathogènes en peu de temps avec un minimum de coûts et d’efforts. Le blé est une culture récalcitrante à la transformation génétique, nécessitant de l’improvisation et de l’optimisation pour des cultivars comme « Pasteur ». Cette étude s'est concentrée sur l'optimisation du protocole de culture tissulaire du blé pour la livraison des composants CRISPR/Cas9 et l'édition du génome de la pomme de terre via l'outil CRISPR/Cas9 pour améliorer la résistance aux agents pathogènes hémibiotrophes et nécrotrophes. La première étude optimise la culture tissulaire pour une régénération réussie du blé transgénique et l'administration de CRISPR/Cas9, ciblant le gène TaHRC qui, lorsqu'il est non-fonctionnel, améliore la résistance du blé à la fusariose de l'épi. Après optimisation de la culture tissulaire et sélection du vecteur d'édition génique basé sur GRF-GIF comme étant le plus efficace, un ARNg ciblant le gène TaHRC a été introduit et livré par transformation médiée par Agrobacterium et par transfert biolistique dans des cals dérivés d'embryons immatures. La transformation médiée par Agrobacterium n’a réussi à régénérer aucune plante transgénique chez « Pasteur ». Trois plants de blé transgéniques avec insertion réussie des composants du vecteur CRISPR ont été générés par transfert biolistique. Dans la deuxième étude, StMC7, une métacaspase responsable de la régulation de la mort cellulaire programmée chez la pomme de terre, a été rendu silencieux pour améliorer la résistance aux maladies causées par P. infestans et A. solani. Trois ARNg ont été conçus pour modifier les deux exons de StMC7. Huit plantes transgéniques ont été régénérées par culture tissulaire. Un test de digestion par restriction et le séquençage Sanger ont démontrés que 6 plantes provenant de 5 lignées indépendantes ont été modifiées. La gravité de la maladie et la biomasse des agents pathogènes ont diminuées chez les mutants Stmc7 par rapport aux plantes sauvages RB, pour la brûlure hâtive et la brûlure tardive de la pomme de terre. L'étude montre le potentiel des métacaspases pour améliorer la résistance à de multiples maladies

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