Technologie des minichromosomes – La meilleure voie pour une croissance durable du rendement des cultures ?

L’agriculture en tant que pratique existe depuis la naissance de la civilisation humaine. Tout au long de cette période, de nouvelles technologies l’ont périodiquement enrichie. En conséquence, l’agriculture est devenue plus efficace, économisant du temps et des coûts. Cette évolution a vu le travail humain remplacé dans une large mesure, d’abord par les animaux puis par les machines. Dans cette trajectoire de croissance, l’une des dernières innovations est la technologie des minichromosomes. 

Qu’est‑ce que la technologie des minichromosomes ?

Les minichromosomes sont de petites structures présentes à l’intérieur des cellules. Ces structures – bien que de petite taille – peuvent stocker de grandes quantités d’informations grâce au matériel génétique qu’elles renferment. 

Ces petites structures sont cruciales pour les généticiens agricoles car elles peuvent être utilisées pour améliorer les plantes en leur ajoutant des dizaines de caractères. Par exemple, elles peuvent rendre les plantes plus tolérantes à la sécheresse ou capables d’utiliser le nitrate plus efficacement. Fait intéressant, bien que ces modifications puissent augmenter considérablement le rendement, elles n’altèrent pas les gènes de la plante, ce qui entraîne une plus grande acceptation de la part des autorités réglementaires et des agriculteurs. 

Alors que nous examinerons en détail les caractéristiques et les spécificités de la technologie des minichromosomes dans les sections à venir, il nous faut connaître son histoire afin de mieux comprendre son but et ses objectifs. 

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Genèse de la technologie des minichromosomes en bref

La technologie des minichromosomes, également appelée empilement de gènes, est née d’une découverte par Daphne Preuss, l’une des entrepreneuses les plus prospères dans le domaine de l’alimentation et de l’agriculture au monde. 

Basée à Sorrento, dans le Maine, aux États-Unis, Daphne Preuss a occupé de nombreux postes au cours de sa longue et illustre carrière. De novembre 2006 à décembre 2018, Preuss a été PDG de Chromatin Inc., également connue sous le nom de Future Food. 

Selon Gregory Copenhaver, qui a travaillé sur le projet de Preuss où elle travaillait initialement avec Arabidopsis thaliana, une petite plante de moutarde: 

« Daphne a découvert une mutation aux caractéristiques nous permettant de développer une technique de cartographie génétique pour les plantes. Nous avons mis au point une méthode d’identification du centromère, le point précis des chromosomes auquel une cellule s’accroche lorsqu’elle doit les déplacer pendant la division. Nous avons réussi à saisir le centromère nous-mêmes et à l’utiliser pour travailler avec d’autres plantes. »

C’est ce qui a conduit au développement de la technologie des minichromosomes. Par la suite, Copenhaver et Preuss ont fondé la société Chromatin Inc. et ont fait licencier la technologie à l’entreprise. Voilà la brève histoire derrière la genèse de la technologie des minichromosomes. 

Avec ces informations en main, la question suivante, assez évidente, qui nous vient à l’esprit est pourquoi la technologie des minichromosomes a gagné en importance. Il devait y avoir d’autres recherches similaires menées à l’époque qui envisageaient d’exploiter la génétique végétale pour améliorer le rendement et le volume de production des cultures. Copenhaver en avait une réponse. 

Qu’est‑ce qui a fait ressortir la technologie des minichromosomes ?

Selon Copenhaver, on savait déjà comment modifier les plantes en insérant des gènes dans leurs chromosomes. Cependant, les technologies existantes depuis des décennies souffraient d’aléatoire. Il n’y avait aucune certitude quant au résultat. 

Même si le gène pouvait être inséré dans un chromosome existant, sa position d’insertion pouvait affecter son fonctionnement. Le processus comportait également le risque de perturber d’autres gènes lors de l’insertion. 

Cette incertitude a rendu les processus existants lourds et difficiles à mettre en œuvre. Après avoir travaillé avec des milliers de plantes, les chercheurs ne pouvaient réussir que dans un nombre limité de cas où la modification produisait les résultats souhaités. 

La technologie des minichromosomes a apporté de la certitude au processus. Selon Copenhaver, le procédé le rend « plus facile à transmettre les caractères ». Il a rendu le nouveau croisement de plantes « plus rapide, meilleur, moins cher et plus prévisible ». 

Jusqu’où la technologie des minichromosomes a-t-elle progressé ?

La recherche sur la technologie des minichromosomes a déjà conduit à de nombreuses découvertes révélatrices. Par exemple, les minichromosomes ne possèdent aucun gène propre. Cette caractéristique – ainsi que leur petite taille – permet aux minichromosomes de fonctionner comme des super vecteurs pour exprimer des gènes étrangers. De plus, dans ce processus, ils interfèrent très peu avec les schémas de croissance et de développement de l’hôte. 

Les minichromosomes restent stables pendant la mitose et la méiose. Cette propriété aide les gènes hébergés à s’exprimer et à se transmettre de cellule en cellule, d’une génération à l’autre. Ajouter, supprimer et remplacer des gènes dans les minichromosomes est simple. Tout ce dont on a besoin est un système SSR : Simple Sequence Repeat. 

La technologie des minichromosomes – telle qu’elle existe aujourd’hui – est utile à nos pratiques agricoles de multiples façons. Elle peut aider à développer des gènes végétaux tolérants aux herbicides et résistants aux ravageurs. 

• Le premier type de gène facilite le contrôle des mauvaises herbes. 
• Le deuxième type réduit la nécessité d’utiliser des pesticides, diminuant les coûts agricoles et rendant les cultures plus saines. 

De plus, cette technologie prépare le terrain pour une ingénierie génétique plus efficace sur les cultures et les plantes afin d’augmenter leur rendement. Elle a le potentiel d’aider à cultiver davantage avec la même quantité de ressources naturelles. 

Le développement de la technologie des chromosomes artificiels et de méthodes d’assemblage génétique efficaces pour cibler et éditer les génomes de manière prévisionnelle est rendu possible grâce à l’innovation continue de la technologie des minichromosomes. 

Mais pourquoi devons‑nous augmenter le rendement tout en maintenant les coûts et l’utilisation des ressources identiques, voire inférieurs ? C’est parce que la population mondiale augmente, et la surface cultivable dont nous disposons ne peut pas être augmentée. Ce déséquilibre entre l’offre et la demande est l’endroit où les technologies augmentant le rendement, comme les minichromosomes, interviennent. 

La demande mondiale de nourriture augmentera

Selon le rapport sommaire présenté par l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture, la population mondiale pourrait augmenter de plus d’un tiers, soit 2,3 milliards de personnes, entre 2009 et 2050. Cela entraînerait une demande énorme de nourriture. 

Par exemple, la demande de céréales, tant pour l’alimentation humaine que pour l’alimentation animale, pourrait atteindre environ 3 milliards de tonnes d’ici 2050. Le rapport estime également que nourrir une population mondiale de 9,1 milliards de personnes en 2050 nécessiterait d’augmenter la production alimentaire globale de près de 70 % entre 2005/07 et 2050. Dans les pays en développement, la croissance devrait être d’environ 100 %. 

La FAO estime que ces objectifs ne peuvent être atteints qu’en déployant des technologies augmentant le rendement. Elle indique clairement que jusqu’à 90 % de la croissance de la production agricole doit provenir d’une augmentation des rendements et de l’intensité des cultures, le reste provenant de l’expansion des terres. 

Si l’amélioration de l’efficacité de la production agricole et l’augmentation du taux de rendement sont une réalité, il est également nécessaire de rendre les cultures résistantes aux conditions météorologiques imprévisibles, conséquence du changement climatique mondial. 

Nous avons déjà constaté que la technologie des minichromosomes aide à produire des cultures résistantes à la sécheresse. Cependant, pour produire ces cultures à plus grande échelle, le monde a besoin d’investissements toujours plus importants provenant des gouvernements ainsi que de grandes multinationales. La bonne nouvelle, c’est que de tels exemples existent déjà. 

Si nous suivons la piste de Chromatin Inc. créée avec sa découverte, nous verrions que de nombreuses grandes entreprises mondiales ont manifesté leur intérêt pour sa technologie depuis plusieurs années. D’abord, nous examinerons ces manifestations d’intérêt, puis nous approfondirons ces entreprises afin de comprendre les solutions pertinentes qu’elles pourraient proposer dans ce domaine.  

• En 2007, Chromatin a accordé à Syngenta Biology Inc. une licence non exclusive pour utiliser la technologie sur le maïs et le soja.
• Après Syngenta, l’entreprise a également conclu un accord avec Dow AgroSciences pour la recherche sur la combinaison de sa technologie des minichromosomes avec celle de Dow. 
• Elle a également signé un accord avec Bayer Crop‑Science pour utiliser la technologie dans ses plants de coton. 

Nous examinerons maintenant les développements pertinents d’augmentation du rendement que ces trois multinationales ont menés à bien jusqu’à présent. 

1. Syngenta Biology Inc.

Syngenta continue de développer des cultures avec des technologies de traits de semences plus efficaces. L’accélérateur de conversion de traits de Syngenta a introduit des produits de semences de maïs qui utilisent des technologies de pointe pour être prêts rapidement sur le marché. 

Tout en continuant d’intégrer des technologies comme les minichromosomes, elle a travaillé intensivement pour faire progresser les domaines de la biologie moléculaire, de la biochimie, de la transformation végétale et de la génomique appliquée. Ses produits, tels que l’Agrisure Artesian, l’Agrisure Duracade, l’Agrisure Viptera et l’Enogen, offrent des solutions de technologie de semences crédibles pour aider les agriculteurs à protéger leurs rendements des précipitations imprévisibles ainsi que des insectes et ravageurs destructeurs.

Le 9 novembre 2023, le groupe Syngenta a annoncé ses résultats financiers pour les neuf premiers mois et le troisième trimestre de 2023. Les ventes pour les neuf premiers mois de 2023 s’élevaient à 24,3 milliards de dollars US, en baisse de 6 % d’une année sur l’autre. L’EBITDA était inférieur de 22 % par rapport à 2022.  

2. Dow AgroSciences

Dow Corporation propose une gamme de solutions pour les cultures qui incluent des solutions visant à optimiser la croissance des plantes tout en minimisant l’utilisation des ressources. Dow veille à ce que ses solutions pour les cultures aident à réduire les pertes en protégeant les plantes contre les insectes, les mauvaises herbes et les maladies. Elle assure également une distribution efficace des nutriments et de l’eau tout en permettant la synthèse de pesticides à partir de blocs de construction fiables. 

Dow a publié ses résultats du troisième trimestre 2023 le 24 octobre 2023. L’entreprise a enregistré des ventes nettes de 10,7 milliards de dollars US, en baisse de 24 % par rapport à la même période de l’année précédente. Le bénéfice GAAP par action était de 0,42 $ US, tandis que le bénéfice d’exploitation par action (EPS) était de 0,48 $ US, comparé à 1,11 $ US l’année précédente et 0,75 $ US au trimestre précédent.

3. Bayer Crop Science

Bayer Crop Sciences, qui fait partie de Bayer Global, se concentre sur les innovations autour des semences, des caractères et de la protection des cultures. Ses innovations ont aidé ses scientifiques en biotechnologie à apporter des améliorations ciblées au sein de l’ADN des plantes. Ses solutions aident à contrôler les mauvaises herbes grâce à une tolérance intégrée aux herbicides et aident les agriculteurs à préserver le potentiel génétique de leurs semences tout en cultivant plus efficacement avec un impact environnemental considérablement réduit. 

Les avantages de la protection des cultures, selon Bayer, sont énormes. Le mécanisme de protection des cultures préserve environ 30 % des rendements dans le monde, soit l’équivalent de 550 millions de tonnes de nourriture pouvant nourrir plus de 2 milliards de personnes. 

Le spectre des solutions de protection des cultures de Bayer comprend les herbicides, les fongicides et les insecticides. Toutes ses solutions sont alimentées par une chimie de pointe, des innovations biologiques et des connaissances de terrain basées sur les données. L’application précise de ses technologies aboutit à des semences et des caractères très avancés. 

Dans le exercice financier 2022, le groupe Bayer a enregistré un chiffre d’affaires de 50,739 milliards d’euros, en hausse de 8,7 % en tenant compte des ajustements de change et de portefeuille. L’EBITDA avant éléments exceptionnels a augmenté de 20,9 % pour atteindre 13,513 milliards d’euros.

L’avenir de la technologie des minichromosomes

L’augmentation de la population, le climat imprévisible et le manque de possibilités d’expansion des terres arables dans le monde sont des facteurs qui conduisent à la nécessité de technologies de production agricole de plus en plus avancées comme les minichromosomes. L’aspect le plus prometteur de la technologie des minichromosomes est qu’elle ouvre la voie à l’émergence de nombreuses technologies similaires. 

Les recherches disponibles montrent que des modifications génétiques efficaces peuvent aider une plante à mieux pousser malgré des conditions défavorables autour d’elle. Les rendements du maïs, par exemple, ont augmenté de 10 %. Non seulement leur production a augmenté, mais ces maïs sont devenus meilleurs, avec une plus grande tolérance à la sécheresse, une teneur en lysine plus élevée et une capacité accrue à produire de l’éthanol. 

L’ingénierie génétique, basée sur des technologies comme les minichromosomes, peut résister du mildiou de la pomme de terre tout en réduisant l’utilisation de fongicides chimiques jusqu’à 90 %. Non seulement la culture de la pomme de terre a désormais un impact moindre sur l’environnement, mais le produit présente beaucoup moins de meurtrissures et de taches noires. La capacité de stockage de ces pommes de terre a augmenté, et la moindre utilisation de produits chimiques lors de leur production les rend moins nocives pour notre santé. 

Non seulement le maïs et les pommes de terre, mais la technologie des minichromosomes améliore également la production de pommes arctiques, de variétés de papaye à Hawaï, de courges d’été et de courgettes. Elle a aidé à protéger les fruits du brunissement tout en préservant leur valeur nutritionnelle et leur goût. Elle s’est avérée efficace contre le virus du tache annulaire, le virus du mosaïque jaune et de nombreuses autres variétés nuisibles similaires. Elle a même contribué au développement d’huiles de soja contenant zéro gras trans, qui sont nocifs pour notre santé cardiaque. 

Dans l’ensemble, l’intérêt croissant pour les techniques agricoles innovantes comme les minichromosomes intervient à un moment où l’augmentation des taux de rendement des cultures est une priorité mondiale, et ce, de manière plus durable avec une empreinte carbone réduite. C’est là que la technologie des minichromosomes brille le plus, car elle aide à atteindre ces deux objectifs de façon substantielle. Ainsi, on peut raisonnablement s’attendre à davantage d’investissements et d’influx de fonds de recherche dans ce domaine dans les jours à venir. 

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