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CRISPR/Cas9, efficace pour induire la perte d’olfaction chez un insecte ravageur de culture

De l'efficacité de CRISPR/Cas9 pour cibler des gènes d'intérêt chez les papillons

Spodoptera littoralis. © ©Inra, M. Renou
Mis à jour le 08/06/2017
Publié le 30/11/2016

Les lépidoptères, ce sont plus de 10 % des espèces vivantes décrites à ce jour. Parmi eux se cachent de redoutables ravageurs de cultures, parfois difficiles à étudier parce qu’il y a encore peu de techniques génétiques disponibles chez ces insectes.

Récemment les techniques d’édition du génome, encore dites de réécriture du génome, ont explosé. Efficaces et rapides, elles induisent des cassures spécifiques dans l’ADN double brin, ouvrant des perspectives alléchantes pour étudier les génomes. Séduits par de tels arguments, les chercheurs de l’Inra et leurs collègues du Museum national d’histoire naturelle en ont étudié la faisabilité chez la noctuelle du coton, Spodoptera littoralis, un redoutable ravageur de culture.

CRISPR/Cas9 chez les insectes, des prouesses techniques comme prérequis

Les scientifiques ont utilisé le système CRISPR/Cas9 (en anglais Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats Associated protein 9, ou protéine 9 associée à de courtes répétitions palindromiques regroupées et régulièrement espacées). En pratique, la machinerie CRISPR/Cas9, c’est une enzyme et son guide - ce dernier est une courte séquence ARN. Si l’ADN d’intérêt est apparenté à la séquence guide, alors la machinerie CRISPR/Cas9 le reconnait et le coupe. Entre alors en œuvre le mécanisme naturel de réparation de l’ADN qui est susceptible d’introduire des erreurs dans la séquence de l’ADN qu’il répare et donc d’inactiver totalement un gène.

Une machinerie qu’il convient de concevoir puis d’introduire à un stade précoce dans les cellules germinales de l’insecte avant de sélectionner les individus porteurs de mutations et de les analyser. C’est ce qu’on fait les chercheurs en ciblant le gène Orco, un gène bien connu pour son rôle dans la communication olfactive chez des insectes et dont ils ont souhaité explorer la fonction chez S. littoralis - rappelons que les insectes ravageurs dont S. littoralis, déploient, lors des ravages, certains comportements qui sont étroitement liés à leurs capacités olfactives : reproduction, reconnaissance et choix de la plante hôte et des sites de ponte…

Ce sont près de 700 larves qui sont ainsi nées des quelques 2570 œufs dans lesquels les scientifiques avaient préalablement injectés Cas9 et son guide. Soulignons que la séquence de ce guide avait  été spécifiquement dessinée pour reconnaitre une partie de la séquence génomique du gène Orco de S. littoralis. Analyse génétique et explorations fonctionnelles ont ensuite permis aux scientifiques de caractériser les mutations présentées par les individus et leur descendance.

La quasi-totalité des chenilles nées des œufs injectés (90 %) présentaient des mutations dans le gène Orco. La majorité de ces mutations (70 %) étaient transmises à la descendance par voie sexuée.

CRISPR/Cas9 chez S. littoralis ou comment induire l’anosmie chez un ravageur de culture

Les individus présentant des mutations délétères dans le gène Orco avaient par ailleurs perdu leur capacité à sentir une série de composés odorants issus de plantes ainsi que la phéromone sexuelle des femelles. Tout indiquait que, chez ce papillon, les récepteurs olfactifs à ces odeurs fonctionnaient en interagissant avec le co-récepteur Orco, comme cela avait été par ailleurs montré chez la mouche modèle Drosophila melanogaster, plus communément appelée mouche du vinaigre.

A l’inverse, ces mêmes individus continuaient de percevoir l’odeur de l’acide propionique, émis lors de la décomposition des végétaux, montrant ainsi que la détection de tels produits est assurée par d’autres récepteurs indépendants de toute interaction avec le co-récepteur Orco.

L'ensemble de ces résultats témoignent de la transformation effective des cellules sexuelles et de la transmission stable des mutations ; ils révèlent  plus largement de la très grande efficacité du système CRISPR/Cas9 utilisé dans cette étude à cibler un gène, en l’occurrence le gène Orco de S. littoralis pour y induire des mutations.

Potentiellement applicable à d’autres espèces de Lépidoptères, la technique CRISPR/Cas9 ouvre des possibilités intéressantes pour étudier comme ici la fonction de gènes d’intérêt chez des insectes non modèles tels que les ravageurs de culture. Cette technologie ne pourra que bénéficier des avancées concomitantes du séquençage haut débit des génomes, permettant d’envisager à terme le développement  de nouvelles technologies de lutte contre les insectes ravageurs de culture.

En savoir plus

Koutroumpa F.A., Monsempes C., François M.C., de Cian A., Royer C., Concordet J.P., Jacquin-Joly E. (2016) Heritable genome editing with CRISPR/Cas9 induces anosmia in a crop pest moth. Sci. Reports 6:29620 | DOI: 10.1038/srep29620

Orco, quelques explications

Communiquer est vital pour survivre et se reproduire chez l'insecte qui utilise ses sens pour percevoir son environnement et ses congénères.
La communication chimique, sous forme d’odeurs perçues par olfaction, met en jeu des récepteurs sensoriels spécifiques, les récepteurs olfactifs (OR). Pour fonctionner, ces récepteurs s’associent avec un co-récepteur, toujours le même, appelé Orco. Si des mutations ciblent Orco, la plupart des signaux  odorants ne sont plus détectés par les récepteurs olfactifs, l’insecte est alors anosmique – il ne sent plus.