La percée chinoise dans le riz hybride clonable pourrait révolutionner la sécurité alimentaire mondiale

Une avancée agricole révolutionnaire

Des chercheurs chinois ont réalisé ce dont de nombreux scientifiques rêvaient depuis des décennies : mettre au point une forme de riz hybride capable de se reproduire à l’identique par des graines clonales, en conservant ses caractéristiques de haut rendement de génération en génération. Cette avancée pourrait marquer un tournant pour l’agriculture mondiale et lever le principal obstacle à la production de riz hybride : l’obligation, pour les agriculteurs, d’acheter chaque saison de nouvelles semences hybrides coûteuses. Elle intervient à un moment crucial, alors que des centaines de millions de personnes dans le monde sont confrontées à une grave insécurité alimentaire et que les systèmes agricoles peinent à répondre aux besoins d’une population croissante.

L’équipe de recherche, dirigée par Wang Kejian, de l’Institut national de recherche sur le riz de Chine, qui relève de l’Académie chinoise des sciences agricoles, a mis au point un riz hybride capable de se reproduire presque parfaitement à l’identique par apomixie, un processus dans lequel les graines se développent sans fécondation. Selon certaines estimations du secteur, cette avancée pourrait transformer les pratiques rizicoles dans le monde et potentiellement doubler la production mondiale de riz si elle était largement adoptée.

Comprendre la vigueur hybride et ses limites

Pour mesurer l’importance de cette avancée, il faut comprendre la vigueur hybride, également appelée hétérosis. Ce phénomène se produit lorsque deux plantes parentes génétiquement distinctes sont croisées, donnant une descendance aux qualités supérieures à celles de l’une ou l’autre des plantes parentes. Le riz hybride présente souvent des caractéristiques remarquables : une croissance plus rapide, une meilleure résistance aux maladies et aux ravageurs, et des rendements nettement supérieurs, jusqu’à quatre fois ceux des variétés traditionnelles dans certaines régions d’Afrique.

Cet avantage a toutefois un inconvénient majeur. Les caractères supérieurs des plantes hybrides disparaissent dans les générations suivantes, en raison du brassage génétique qui se produit lors de la reproduction sexuée. Lorsque les plantes hybrides se reproduisent naturellement, leurs gènes se recombinent et les combinaisons favorables à l’origine des performances élevées des plantes parentes sont perdues. Les agriculteurs doivent donc acheter de nouvelles semences hybrides chaque saison pour maintenir ces rendements, ce qui entraîne un coût récurrent qui a limité l’adoption du riz hybride dans de nombreuses régions, en particulier chez les petits exploitants des pays en développement.

Gurdev Khush, professeur émérite associé au département des sciences végétales de l’Université de Californie à Davis et ancien lauréat du Prix mondial de l’alimentation, a expliqué cet enjeu économique :

La sélection du riz hybride est relativement coûteuse pour un gain de rendement d’environ 10 %. Ainsi, les avantages des hybrides de riz ne profitent pas encore à de nombreux agriculteurs dans le monde.

En Chine, les semences hybrides peuvent coûter jusqu’à 200 yuans (28 dollars américains) le kilogramme. Dans d’autres pays, leur prix peut être encore plus élevé, jusqu’à 100 fois celui des semences de riz classiques. Cette structure tarifaire constitue un obstacle majeur à leur adoption à grande échelle, malgré les gains de rendement.

Les bases scientifiques de l’apomixie

Le terme « apomixie » vient de mots grecs signifiant « sans mélange » et désigne une forme de reproduction asexuée par les graines. Dans ce processus, les plantes produisent des graines qui sont des clones génétiquement identiques à la plante parente, évitant le brassage génétique qui accompagne normalement la reproduction sexuée. Plus de 400 espèces de plantes sauvages se reproduisent naturellement par apomixie, mais aucune grande culture alimentaire ne possède naturellement cette capacité.

L’équipe de recherche chinoise cherche à induire l’apomixie chez le riz par modification génétique. Le procédé repose sur deux mécanismes biologiques clés. Premièrement, les chercheurs modifient le système reproducteur de la plante afin que les ovules se forment par mitose plutôt que par méiose. Lors d’une reproduction sexuée normale, la méiose produit des gamètes (ovules et spermatozoïdes) contenant la moitié du nombre de chromosomes. Les modifications des chercheurs amènent la plante à produire des ovules qui possèdent un jeu complet de chromosomes et sont génétiquement identiques à la plante parente.

Deuxièmement, ils déclenchent la parthénogenèse, c’est-à-dire le développement d’un ovule en embryon sans fécondation. En combinant ces deux mécanismes, ils obtiennent une apomixie synthétique : les graines donnent des plantes qui sont des clones génétiques exacts de la plante parente, conservant indéfiniment tous les caractères liés à la vigueur hybride.

Des avancées récentes ont permis d’atteindre une efficacité remarquable. D’après des travaux publiés fin 2025, l’équipe chinoise a obtenu un taux de production de graines clonales supérieur à 99 % pour toutes les lignées de riz hybride dérivées, avec des rendements comparables à ceux des hybrides F1 classiques. Il s’agit d’une amélioration considérable par rapport aux premières tentatives, qui n’atteignaient qu’une efficacité de 30 % quelques années auparavant.

Surmonter les difficultés historiques de la production de semences clonales

La quête de cultures apomictiques dure depuis plus de trois décennies et les chercheurs du monde entier se sont heurtés à de nombreux obstacles. L’optimisme des premières années, à la fin des années 1990, lorsque les outils génétiques sont devenus plus accessibles, a laissé place à la frustration, les progrès se faisant attendre. Erik Jongedijk, généticien végétal au sein de l’entreprise semencière européenne KWS, se souvient de l’état d’esprit de l’époque :

Les gens disaient : « D’accord, nous allons résoudre ce problème. » Et pendant longtemps, « le problème est resté irrésolu ».

La difficulté tenait en partie à la complexité de la modification de la reproduction des plantes. Les scientifiques devaient identifier et manipuler plusieurs gènes impliqués dans la méiose et le développement de l’embryon. Une avancée majeure a été réalisée en 2009, lorsque des chercheurs dirigés par Raphaël Mercier, de l’Institut Max-Planck de recherche sur la sélection végétale, ont montré que l’inactivation de trois gènes spécifiques chez la plante modèle Arabidopsis permettait de produire des gamètes par mitose plutôt que par méiose. Ils ont baptisé cet ensemble de mutations « MiMe », abréviation de « mitose au lieu de méiose ».

En 2016, cette expérience a été reproduite chez le riz, donnant des plantes dotées d’ovules diploïdes génétiquement identiques à la plante mère. Parallèlement, d’autres équipes travaillaient à induire la parthénogenèse. En 2002, la généticienne Kim Boutilier et ses collègues ont identifié chez le colza un gène appelé BABY BOOM, capable de déclencher la croissance d’un embryon à partir de pousses et de feuilles lorsqu’il est activé. Des gènes similaires ont ensuite été découverts chez de nombreuses plantes, dont le riz.

Les conditions étaient réunies pour combiner ces avancées, mais les scientifiques se sont heurtés à un obstacle réglementaire. Le transfert de gènes entre espèces aurait nécessité de longues évaluations réglementaires avant toute autorisation de mise sur le marché. Pour éviter cela, les chercheurs ont cherché des solutions dans le génome même du riz et ont fini par identifier puis activer, spécifiquement dans les ovules, la version du gène BABY BOOM présente chez cette plante.

Plusieurs voies vers la réussite : différentes approches de l’apomixie

Des équipes de recherche du monde entier ont exploré différentes pistes pour obtenir une apomixie synthétique chez le riz et d’autres cultures. À ce jour, l’approche la plus fructueuse consiste à combiner les mutations MiMe et l’activation du gène BABY BOOM, ce qui a permis d’atteindre une efficacité clonale supérieure à 95 % dans certaines variétés commerciales de riz hybride.

D’autres approches prometteuses sont également à l’étude. Une équipe dirigée par le professeur Li Jiayang, de l’Institut de génétique et de biologie du développement de l’Académie chinoise des sciences, a mis au point un système faisant appel au gène endogène du riz OsWUS. Associée à la stratégie MiMe, cette approche a permis d’obtenir des taux de formation de graines normaux et une efficacité de clonage d’environ 21,7 % dans certaines lignées. Bien que moins efficace que l’approche fondée sur BABY BOOM, le système OsWUS s’est mieux adapté au développement des plantes et a évité les problèmes de nanisme et de stérilité observés lors de tentatives antérieures.

Pour les plantes dicotylédones, vaste groupe qui comprend les haricots et les légumes, les chercheurs ont identifié d’autres interrupteurs génétiques. Une équipe dirigée par Peter van Dijk, de l’entreprise de sélection végétale KeyGene, a découvert chez le pissenlit, une dicotylédone naturellement apomictique, le gène PAR. Activé chez la laitue, ce gène a induit la formation d’embryons rudimentaires sans fécondation, ouvrant la voie à l’extension de cette technologie au-delà des céréales.

Au moins 10 équipes de recherche en Chine travaillent actuellement sur des variétés apomictiques de diverses cultures, notamment le chou, la tomate, la luzerne et d’autres plantes potagères et fourragères. Cette diversité d’approches augmente les chances de mettre au point des variétés apomictiques robustes et commercialement viables pour plusieurs espèces cultivées.

Conséquences économiques pour les agriculteurs et la sécurité alimentaire

L’adoption généralisée du riz hybride apomictique pourrait avoir des conséquences économiques majeures, en particulier pour les petits exploitants des pays en développement. Aujourd’hui, ils doivent choisir entre acheter chaque saison des semences hybrides coûteuses ou conserver les semences de variétés traditionnelles, moins productives. Le riz hybride apomictique leur permettrait de conserver, année après année, les semences de leurs cultures hybrides à haut rendement, réunissant ainsi les avantages des deux options.

Venkatesan Sundaresan, biologiste du développement à l’Université de Californie à Davis, dont l’équipe a contribué aux premiers travaux sur cette technologie, a souligné son potentiel :

L’apomixie chez les plantes cultivées fait l’objet de recherches dans le monde entier depuis plus de 30 ans, car elle peut rendre la production de semences hybrides accessible à tous.

Cette technologie pourrait aussi profiter aux entreprises semencières en simplifiant la production de semences hybrides, en réduisant les coûts et en accélérant la mise sur le marché de nouvelles variétés. José Rée, vice-président chargé de la recherche chez RiceTec, a décrit les méthodes actuelles de production du riz hybride comme « un système très imparfait », qui nécessite des procédés complexes et coûteux, notamment le recours à des hélicoptères pour la pollinisation.

À l’échelle mondiale, les cultures apomictiques pourraient contribuer à répondre aux besoins alimentaires d’une population croissante, sans étendre les terres agricoles de manière insoutenable ni accroître la consommation d’eau et d’engrais. Il s’agit d’une étape cruciale vers une agriculture durable, à l’heure où le changement climatique et la dégradation de l’environnement menacent les systèmes alimentaires du monde entier.

Collaborations internationales et recherches à venir

Les chercheurs chinois ont réalisé des avancées importantes dans le domaine de l’apomixie, mais il s’agit véritablement d’un effort scientifique mondial. Les collaborations internationales ont été essentielles aux progrès, auxquels ont contribué des équipes de France, d’Allemagne, du Ghana et des États-Unis. La variété de riz apomictique à 95 % d’efficacité est le fruit d’une collaboration entre des chercheurs de l’UC Davis et des collègues français, allemands et ghanéens.

Les recherches sur d’autres cultures progressent également rapidement. Anna Koltunow, de l’Université du Queensland, met au point des variétés apomictiques de sorgho et de niébé, des cultures importantes pour les agriculteurs d’Afrique subsaharienne. Son équipe a lancé des essais en plein champ en Australie en 2022 avec du sorgho génétiquement modifié capable de se reproduire par parthénogenèse. Elle prévoit d’ajouter à l’avenir des mutations MiMe à ces lignées.

Malgré ces avancées, il reste beaucoup à faire avant que les cultures apomictiques soient commercialisées. Les chercheurs doivent relever plusieurs défis : atteindre une efficacité clonale de 100 %, mener des essais approfondis en plein champ dans diverses conditions environnementales et vérifier que les variétés apomictiques conservent leurs performances face à la sécheresse, aux maladies et à d’autres facteurs de stress.

Adam Famoso, sélectionneur de riz à l’Université d’État de Louisiane, a souligné les difficultés qui persistent :

Il reste énormément de choses que nous ne comprenons pas sur la manière de rendre cette technique suffisamment efficace pour l’agriculture.

Obstacles réglementaires et acceptation du public

Comme toute culture génétiquement modifiée, le riz apomictique devra franchir des obstacles réglementaires avant d’arriver dans les champs. Certains pays, notamment en Asie, se montrent réticents à l’égard des aliments génétiquement modifiés et pourraient hésiter à importer ou à cultiver du riz apomictique malgré ses avantages potentiels.

Jauhar Ali, responsable du programme de riz hybride à l’Institut international de recherche sur le riz, s’est montré prudemment optimiste quant à l’acceptation réglementaire :

L’édition génomique est progressivement acceptée et de nombreux gouvernements comprennent l’importance de cet outil pour apporter des bénéfices à l’agriculture.

Le calendrier de commercialisation reste incertain. Erik Jongedijk estime qu’il faudra peut-être encore cinq à dix ans de recherche avant que l’apomixie synthétique puisse être utilisée commercialement pour une culture. Ce délai comprend non seulement les travaux scientifiques, mais aussi l’autorisation réglementaire, les essais en plein champ et le développement de la production de semences à grande échelle.

Certains sélectionneurs mettent en garde : même une fois au point, les cultures apomictiques pourraient ne pas trouver leur place sur le marché, en raison d’obstacles réglementaires ou de la réticence des consommateurs. Toutefois, leurs avantages potentiels pour la sécurité alimentaire, les revenus des agriculteurs et l’agriculture durable constituent une forte incitation à surmonter ces difficultés.

Vers la commercialisation

Pour passer d’une avancée en laboratoire à un produit commercial, plusieurs étapes cruciales sont nécessaires. Les chercheurs doivent d’abord démontrer que le riz apomictique donne des résultats constants dans différents environnements et conditions de culture. L’Institut national de recherche sur le riz de Chine a déjà déposé des demandes de brevet pour ses travaux, signe de sa confiance dans le potentiel commercial de cette technologie.

Les chercheurs doivent également résoudre les difficultés biologiques qui subsistent. Comme la plupart des plantes, le riz apomictique actuellement à l’étude a encore besoin de pollen pour féconder son endosperme, le tissu de la graine qui nourrit l’embryon en développement. Cette étape reste vulnérable au changement climatique, car le pollen peut perdre de sa viabilité lorsqu’il est exposé à des températures élevées.

Des scientifiques du Whitehead Institute et du MIT ont obtenu des financements pour concevoir des plantes capables de développer un endosperme sans fécondation, une capacité présente chez certaines plantes naturellement apomictiques. Si leurs travaux aboutissent, les futures variétés de cultures apomictiques ne dépendront plus du pollen et pourraient produire des graines en abondance, même pendant les vagues de chaleur.

À mesure que les recherches avancent, le monde agricole suit leur évolution avec impatience. Peggy Ozias-Akins, généticienne à l’Université de Géorgie, a évoqué l’impact potentiel de cette technologie :

Ce serait vraiment un grand bouleversement.

Pour l’heure, les hélicoptères continueront de survoler les rizières du Texas et de l’Arkansas pour polliniser les cultures hybrides selon des méthodes coûteuses et exigeantes en main-d’œuvre. Mais le jour approche peut-être où les agriculteurs pourront simplement conserver, année après année, les semences de leurs plants les plus performants, révolutionnant ainsi l’agriculture telle que nous la connaissons.

À retenir

• Des chercheurs chinois ont mis au point un riz hybride clonable qui se reproduit par apomixie, avec une efficacité de production de graines clonales supérieure à 99 %.
• Cette avancée pourrait éviter aux agriculteurs d’acheter des semences hybrides coûteuses chaque saison.
• La production mondiale de riz pourrait potentiellement doubler si tous les agriculteurs adoptaient cette technologie.
• Les semences hybrides peuvent coûter jusqu’à 100 fois plus cher que les semences de riz classiques, ce qui limite leur adoption par les petits exploitants.
• La recherche combine deux mécanismes clés : la mitose plutôt que la méiose pour créer des ovules identiques, et la parthénogenèse pour développer des embryons sans fécondation.
• Plusieurs pistes de recherche sont explorées, notamment celles faisant appel aux gènes BABY BOOM, OsWUS et PAR.
• Les collaborations internationales ont été essentielles aux progrès, avec la contribution d’équipes chinoises, américaines, européennes et africaines.
• Le déploiement commercial pourrait prendre cinq à dix ans, en raison des difficultés techniques qui subsistent et des exigences réglementaires.
• Cette technologie pourrait être étendue à d’autres cultures, notamment le sorgho, la tomate, la luzerne et le chou.
• Les cultures apomictiques pourraient contribuer à nourrir une population croissante sans étendre les surfaces agricoles ni augmenter l’épandage d’engrais.