Les canicules, les pluies torrentielles et les sécheresses menacent la survie des plantes dont dépend notre alimentation. Parmi les dizaines de milliers de gènes que contient l’ADN d’une plante, comment repérer et comprendre ceux qui lui permettent de mieux tolérer la chaleur ou le manque d’eau? Peut-on modifier leur fonctionnement et mesurer leurs effets? Voilà les questions abordées par l’équipe de la professeure du Département de chimie Zoé Joly-Lopez à l’occasion de la visite de son Laboratoire de génomique végétale.
Organisée par Catherine Jolin du Cœur des sciences, cette visite virtuelle intitulée «Plantes sous pression: la génomique à la rescousse!» était offerte à des élèves du secondaire, le 26 mars dernier. «Plus de 8000 élèves et leurs enseignants suivent la visite en direct ou en différé», s’est réjouie Stéphan Chaix, directrice du Cœur des sciences, en souhaitant la bienvenue aux internautes du Québec, des autres provinces canadiennes et même de l’Algérie.
Les chambres de croissance
Titulaire de la Chaire de recherche du Canada en génomique évolutive de l’ADN non codant, Zoé Joly-Lopez accueille les participantes et participants à la porte de son labo avec deux plants de riz en pot. «L’un a poussé dans des conditions optimales, tandis que l’autre a été assujetti à la sécheresse et la canicule», illustre-t-elle en indiquant la plante en pleine croissance et l’autre complètement flétrie. «Les plantes, contrairement à nous, ne peuvent pas se déplacer à l’ombre ou boire un verre d’eau lorsqu’il fait trop chaud. Elles subissent leur environnement et doivent s’adapter aux conditions climatiques», souligne-t-elle.
Passé la porte de son laboratoire, on fait la rencontre de l’agente de support à la recherche Frédérique Servant. «À Montréal, on n’a pas toujours la météo pour cultiver les plantes, c’est pourquoi nous avons ici des chambres de croissance pour faire pousser nos plantes en leur fournissant lumière, humidité et température idéales, en reproduisant les cycles du jour et de la nuit, explique-t-elle. Ces chambres permettent aussi de soumettre certaines plantes à des conditions de stress, comme la canicule et la sécheresse, et l’on peut ensuite les comparer à notre groupe contrôle de plantes en bonne santé.»
«La rock star de la biologie végétale est l’Arabidopsis thaliana, proche parente des Brassicas (canola, brocoli, chou), indique Zoé Joly-Lopez en montrant la boîte de Pétri remplie de l’espèce en question. C’est une plante qui pousse rapidement – son cycle de vie est de deux mois – et on connaît bien son génome. Elle est donc très utile pour des expériences d’ADN en laboratoire.»
Le tabac est une autre plante très utile en biologie végétale, souligne la professeure, car il pousse rapidement et ses grandes feuilles permettent toutes sortes de manipulations génétiques pour tester des hypothèses. «Ma plante préférée demeure toutefois le riz, précise-t-elle. D’abord parce que c’est l’aliment de base pour plus de la moitié de la planète, mais aussi parce qu’il s’agit d’une plante majoritairement cultivée en Asie du Sud-Est dans des zones à risque d’extrêmes climatiques.»
Extraire l’ADN et l’ARN
L’étudiant à la maîtrise en biochimie Gabriel Marcotte prend le relais de la présentation. «Dans les champs, on constate que le plant de tabac résiste bien aux canicules, note-t-il. En laboratoire, on voudra donc extraire son ADN pour mieux comprendre comment il y parvient.»
Après avoir effectué un bref retour sur ce qu’est une cellule et l’ADN, Gabriel Marcotte et Zoé Joly-Lopez démontrent comment extraire l’ADN d’une feuille de tabac. Munis de gants, ils versent un peu d’azote liquide (conservé à une température de – 196 degrés Celsius) dans un mortier tout en pilonnant la feuille de tabac. Ils obtiennent ainsi une fine poudre, qu’ils recueillent dans un tube. «On utilise une solution de destruction chimique, appelée solution de lyse, que l’on ajoute à la poudre contenue dans notre tube afin de briser la membrane des cellules», explique l’étudiant.
Au cours du reste de la visite, on nous présente différents instruments et machines servant à extraire ce précieux ADN, invisible à l’oeil nu. Chaque étape doit être réalisée avec minutie. La candidate à la maîtrise en biochimie Amélie Allard utilise l’analogie du livre de recettes pour expliquer l’expression des gènes. «L’ADN est comme un gros livre de recettes qui contient toutes les chaînes moléculaires permettant à une plante de produire toutes sortes de protéines qui auront plusieurs fonctions, illustre-t-elle. Mais ce n’est pas parce qu’un gène est présent dans l’ADN qu’il est exprimé. Nous, ce qu’on tente de déterminer, c’est ce que la plante “cuisine” dans des conditions normales versus lorsqu’elle vit un stress comme une canicule.»
Lorsqu’un gène est activé, son ADN est transcrit en ARN. La candidate à la maîtrise nous présente le lecteur permettant d’effectuer le séquençage de cet ARN. L’analyse, précise-t-elle, génère des millions de séquences ARN dans un fichier informatique. «Nous travaillons avec des bio-informaticiennes et bio-informaticiens pour analyser toutes ces données et identifier les gènes qui ont été activés et qui pourraient jouer un rôle dans la résilience des plantes aux extrêmes climatiques», explique Zoé Joly-Lopez.
Une fois ces gènes identifiés, il faut formuler une hypothèse et la tester sur une nouvelle plante à l’aide de la technique CRISPR-Cas9, des ciseaux moléculaires permettant d’ajouter, de supprimer ou de modifier des gènes directement dans l’ADN de la plante pour tester ensuite sa réaction aux différents stress. C’est le retour aux chambres de croissance du début de la visite. Le travail en laboratoire est fait d’essais, d’erreurs et parfois de découvertes significatives qui permettent de mieux comprendre la biologie végétale et de donner un coup de pouce aux plantes que nous cultivons pour affronter les défis climatiques.
On peut effectuer la visite du laboratoire de Zoé Joly-Lopez ici:
https://youtube.com/live/ywXQdder7vg