Des scientifiques chinois résolvent le mystère de l'« union » entre le riz asiatique et le riz africain, mettant fin à des décennies de perplexité dans le domaine de la sélection végétale

fr.wedoany.com Rapport : Pourquoi les descendants issus du croisement entre le riz cultivé asiatique et le riz cultivé africain présentent-ils une stérilité pollinique massive, avec des panicules vides et peu nombreux ? Ce problème qui a intrigué le monde de la sélection végétale pendant des décennies a enfin trouvé sa réponse grâce à un article important publié en ligne le 28 dans la revue académique internationale « Science » : l'équipe de recherche dirigée par Wan Jianmin, académicien de l'Académie chinoise d'ingénierie, a découvert, dans les plantes hybrides issues du croisement entre le riz cultivé asiatique et le riz cultivé africain, un système précis de conflit génétique composé de trois gènes, qui provoque la stérilité pollinique du riz. Cela révèle pour la première fois le mécanisme moléculaire de l'isolement reproductif entre ces deux espèces de riz, fournissant une base théorique importante et des ressources génétiques pour le développement de nouvelles variétés de riz hybride asiatique-africain à très haut rendement.

Dans la « famille » du riz, seuls le riz cultivé asiatique et le riz cultivé africain ont été domestiqués et cultivés par l'homme. Les scientifiques espèrent « unir » ces deux espèces de riz pour développer de nouvelles variétés à la fois productives et robustes. Cependant, les descendants du croisement entre le riz cultivé asiatique et le riz cultivé africain présentent une viabilité pollinique extrêmement faible et un taux de fertilité considérablement réduit, entravant l'échange et la recombinaison de gènes favorables ainsi que l'exploitation de la vigueur hybride interspécifique.

Qu'est-ce qui cause précisément ce « 1+1<2 » ? Après 18 ans de recherches intensives, l'équipe a élucidé le mécanisme moléculaire du locus génétique RHS3 situé sur le chromosome 3 dans les plantes hybrides issues du croisement entre le riz cultivé asiatique et le riz cultivé africain.

Phénotypes des plants, du pollen et des épillets du riz cultivé asiatique, du riz cultivé africain et de leur hybride F₁. Photo fournie par l'équipe de recherche.

He Xiaodong, doctorant à l'Université agricole de Nanjing et premier auteur co-responsable de l'article, a expliqué que le locus RHS3 est composé des gènes ORF10, ORF16 et ORF4, qui forment un système de conflit génétique. Parmi eux, la protéine codée par ORF10 agit comme une « lance » qui détruit les mitochondries fournissant l'énergie au riz, tuant ainsi le pollen ; la protéine codée par ORF16 agit comme un « bouclier » qui interagit avec la « lance » et neutralise sa puissance destructrice, protégeant le développement normal du sac embryonnaire et du pollen ; la protéine codée par ORF4 agit comme une « armure », servant de récepteur d'autophagie sélectif spécifique aux plantes. En interagissant avec le « bouclier », elle forme un complexe « lance-bouclier-armure » qui achemine la « lance » vers le « centre de recyclage » de la cellule — l'autophagosome — pour la dégrader, protégeant ainsi spécifiquement le sac embryonnaire.

Il est important de noter que le riz cultivé africain possède l'ensemble complet « lance-bouclier-armure », tandis que le riz cultivé asiatique ne possède qu'une « armure ». Cela conduit à la production de deux types de pollen chez leurs descendants hybrides : un type hérite de l'ensemble complet « lance-bouclier-armure » et reste indemne ; l'autre type n'hérite que de l'« armure » sans le « bouclier », et est donc attaqué par la « lance », entraînant sa stérilité, ce qui aboutit finalement à une semi-stérilité pollinique chez l'hybride.

« Cette découverte révèle pour la première fois le mécanisme moléculaire par lequel l'autophagie sélective participe à l'isolement reproductif interspécifique chez les plantes, à savoir que ORF4 est un récepteur d'autophagie sélectif spécifique aux plantes qui peut induire directement la dégradation autophagique de ORF10, régulant ainsi l'isolement reproductif interspécifique », a déclaré Wang Chaolong, professeur à l'Université agricole de Nanjing et co-auteur correspondant de l'article.

Plus important encore, l'équipe de recherche a identifié une germplasme à large compatibilité dans laquelle le « bouclier » est fonctionnel tandis que la « lance » est inactive. Ce type de germplasme, croisé respectivement avec le riz cultivé asiatique et le riz cultivé africain, permet de surmonter efficacement le problème de baisse de fertilité causé par le locus RHS3. Cela signifie que les scientifiques ont trouvé une « clé » pour briser l'isolement reproductif, offrant une voie technique et des ressources génétiques pour exploiter la vigueur hybride interspécifique entre les riz cultivés asiatique et africain.

Wan Jianmin a indiqué que, dans les prochaines étapes, l'équipe approfondira ses recherches sur plusieurs loci de stérilité hybride chez le riz, s'efforçant de développer dès que possible de nouvelles variétés de riz hybride à très haut rendement issues de croisements lointains, aptes à la production.