Un atlas cellulaire du riz pourrait réécrire la façon de sélectionner les cultures
Dans un complexe de laboratoires près de Sanya, sur l’île chinoise de Hainan, des chercheurs ont assemblé ce que les biologistes végétaux attendent depuis des décennies : une carte tridimensionnelle complète de la façon dont une plante de riz se construit. Les travaux ont été annoncés le 7 octobre lors d’une conférence à Sanya et ont été surnommés la première carte de la vie de la Silicon Valley de Nanfan, en référence au pôle tropical de sélection de semences où se concentre une grande partie de la recherche agricole chinoise.
Le projet était une collaboration entre le laboratoire de la baie de Yazhou, le laboratoire de l’industrie semencière de Hainan, BGI Research et neuf autres institutions, soit douze organisations au total. Ensemble, ils ont suivi le riz depuis la germination d’une graine jusqu’à la floraison, puis jusqu’à une plante lourde de grains, en enregistrant quels gènes s’activent dans quelles cellules et où ces cellules se situent dans la plante en croissance. Le résultat est ce que les scientifiques appellent un atlas cellulaire spatiotemporel : une image tridimensionnelle de l’activité génique dans l’espace et dans le temps.
Ce qui rend cette carte inhabituelle, c’est son échelle. Les études antérieures portaient généralement sur un seul tissu, un seul organe ou un seul moment. Cet atlas intègre plutôt les informations génomiques, les stades de développement cellulaire et l’expression génique spatiale en une seule référence couvrant tout le cycle de vie. Pour une plante aussi importante sur le plan économique que le riz, qui nourrit environ la moitié du monde, cette ampleur compte.
Comprendre où et quand un gène agit est essentiel pour la sélection végétale. Un gène qui améliore la tolérance à la sécheresse ne peut être utile que s’il est actif dans les bonnes cellules racinaires au bon stade de croissance. En montrant les voisinages cellulaires précis où chaque gène opère, l’atlas donne aux sélectionneurs un manuel d’instructions détaillé plutôt qu’un simple croquis. Les chercheurs ont décrit l’objectif comme la compréhension du développement végétal au niveau de l’organisme individuel, et non de cellules isolées dans une boîte de Petri.
La communauté scientifique a déjà adopté par le passé des cartes de référence partagées. Des atlas similaires pour l’humain et la souris sont devenus des outils standard, permettant aux laboratoires de comparer leurs propres expériences à une base commune. Un équivalent pour le riz pourrait faire de même pour la science des cultures, permettant à des équipes de différents pays d’ancrer leurs résultats sur une carte convenue plutôt que de reconstruire l’image pièce par pièce.
Le rôle de Hainan dans le projet n’est pas un hasard. Les hivers doux de la province permettent aux sélectionneurs de cultiver des générations supplémentaires de cultures chaque année, comprimant ce qui prendrait normalement une décennie en quelques saisons. Cette tradition, connue sous le nom de Nanfan, fait depuis longtemps de la région un carrefour pour la science agricole. Le nouvel atlas ajoute une couche moderne, riche en données, à une pratique qui a historiquement reposé sur l’observation patiente et le croisement.
Les bénéfices pratiques pourraient atteindre des agriculteurs bien au-delà de la Chine. Le riz subit une pression croissante des vagues de chaleur, des pluies imprévisibles et des sols salins, et les sélectionneurs rivalisent pour développer des variétés qui tiennent bon. Une carte détaillée du développement d’une plante de riz saine leur donne un moyen de repérer les leviers génétiques qui valent la peine d’être actionnés. La même approche pourrait ensuite s’étendre au maïs, au soja et à la pomme de terre, des cultures qui apparaissent aux côtés du riz dans les programmes de recherche de la région.
Les résultats ont été présentés lors d’une conférence sur l’omique spatiotemporelle, un domaine qui étudie où les molécules agissent à l’intérieur des tissus vivants. Pour les lecteurs du monde entier peu familiers avec ce terme, la comparaison la plus simple est une carte de ville qui montre aussi ce qui se passe à l’intérieur de chaque bâtiment à chaque heure. Le riz a désormais reçu une telle carte, et les scientifiques qui la sous-tendent affirment que la prochaine étape consiste à la rendre utile dans les champs, et pas seulement dans les revues.