Au milieu d'une brume fraîche et de roches de lave noires, la botaniste Vicki Funk extrait une tige d'une plante hawaïenne à fleurs jaunes appelée 'ilima ( Sida fallax ). «Quand la lave sort dans l'océan, c'est ce qui colonise les nouvelles îles», explique-t-elle.
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Funk, chercheur au Musée national d'histoire naturelle Smithsonian, est cependant très éloigné d'Hawaï. Au lieu de cela, elle est dans une pièce du conservatoire à parois de verre du jardin botanique américain à Washington, DC Après avoir rapidement poussé la tige sur une feuille de papier fin, Funk l'ajoute à son fichier de plantes pressées ressemblant à un accordéon. Chacun est conservé entre papier et carton, tendu par des lattes de bois et noué entre eux par des lanières orange vif. Pendant ce temps, des stagiaires du secondaire et du collège de son laboratoire ont prélevé un échantillon de tissu de la même plante et l'ont rapidement inséré dans un tube à essai conservé dans un chaudron bouillonnant d'azote liquide. Pour ilima, la rapidité est essentielle. "L'ADN commence à se dégrader presque immédiatement", explique Funk.
Mercredi, Funk et son escouade se sont déplacés dans le jardin pour prélever des échantillons d'autres plantes également: un cacaoyer, un aloès en flocon de neige et une fourmi, entre autres. Son travail fait partie de la Global Genome Initiative (GGI) du Smithsonian, qui a lancé un vaste projet de jardin d'été cette semaine.
Sida fallax ou 'ilima vit dans un habitat de roche volcanique dans le conservatoire du jardin botanique américain, loin de son lieu d'origine à Hawaii. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Institution) GGI a été lancé il y a deux ans et son objectif est de préserver la moitié de la biodiversité mondiale dans des référentiels du monde entier. À cette fin, les chercheurs ont échantillonné et catalogué des plantes, des animaux et des insectes lors d'expéditions sur le terrain dans le monde entier. «Pensez-y comme à la biologie de la conservation du XXIe siècle», déclare Jon Coddington, entomologiste au musée qui supervise le projet.
Pour les plantes, cela signifie fusionner l'ancienne école avec de nouvelles techniques de collecte. Les botanistes utilisent depuis longtemps des presses à plantes en bois pour documenter les feuilles, les fleurs et même les racines d'un échantillon d'herbier traditionnel. Maintenant, en suspendant des échantillons de tissus dans du gel de silice et en les congelant dans de l'azote liquide, ils peuvent mieux comprendre les secrets génétiques de la plante. Les échantillons pressés seront séchés pour éliminer les insectes errants, tandis que les échantillons de tissus seront stockés dans des chambres cryogéniques géantes au Centre d'assistance des musées de l'institution à Suitland, dans le Maryland.
Les échantillons d'herbier pressés ne peuvent nous en dire plus sur les plantes car leur ADN se dégrade avec le temps. La préservation de la génétique d’une plante ouvre de nombreuses possibilités de recherche, mais «l’accès à un matériel de qualité génomique est l’étape la plus contraignante de la génomique des plantes», a déclaré Coddington. Le meilleur moyen de préserver l'ADN est de le congeler dans de l'azote liquide et de le stocker dans des installations telles que le dépôt cryogénique de l'institution, l'un des plus vastes du genre.
Les échantillons de tissus prélevés sur les plantes du projet GGI Gardens seront stockés dans d'énormes réservoirs cryogéniques remplis d'azote liquide. Ces congélateurs inférieurs à zéro peuvent contenir jusqu'à 4 millions d'échantillons. (Donald E. Hurlbert, Smithsonian) Les chercheurs en savent beaucoup sur les plantes utiles à l'homme, mais l'arbre de la famille des plantes présente d'importantes lacunes. Le séquençage d'une pléthore de génomes de plantes peut combler ces lacunes. Heureusement, la technologie nécessaire pour le faire a été beaucoup moins chère et plus rapide au cours de la dernière décennie. «Il a fallu dix ans pour séquencer le génome humain. Maintenant, vous pouvez le faire en une heure environ », déclare John Kress, botaniste au musée et sous-secrétaire aux sciences du Smithsonian.
À l'heure actuelle, les chercheurs disposent d'échantillons génomiques provenant d'environ trois pour cent des genres de plantes dans le monde. Au cours de l'été, les équipes de terrain - juste en se rassemblant dans les jardins et les parcs de la région de Washington, DC - s'efforceront de goûter à la moitié des familles de plantes du monde. Ensuite, ils prendront le projet sur la route vers d’autres jardins botaniques. Les scientifiques espèrent recueillir des échantillons de la moitié des genres de plantes qui peuplent la Terre au cours des deux prochaines années. «Passer de trois à 50%, c'est une énorme différence», déclare Coddington.
Séquencer autant de plantes prendrait un certain temps, cependant. Pour le moment, GGI veut juste mettre les échantillons sur glace. Pour faciliter leur identification, ils créeront un code à barres ADN pour chaque échantillon en séquençant deux gènes qui varient d’une plante à l’autre. Les échantillons seront conservés dans une base de données en ligne et disponibles pour les amateurs de plantes et les chercheurs du monde entier. Pour l’instant, cette bibliothèque peut aider à identifier des plantes dans le monde entier et, ultérieurement, les scientifiques peuvent l’utiliser pour séquencer et étudier des génomes de plantes entières.
Un jardin botanique peut sembler être un site de terrain inhabituel. Généralement, on imagine des botanistes se promener dans la jungle et les sommets des montagnes pour cueillir des plantes rares et inconnues. Morgan Gostel, étudiant diplômé en botanique et à Funk, s'est rendu dans les Andes à haute altitude pour collecter des spécimens de plantes, campant parfois à des températures sous le point de congélation et transportant des réservoirs d'azote liquide dans les montagnes. Cette expédition sur le terrain les rapproche beaucoup de chez eux, avec des conditions météorologiques nettement meilleures et de nombreuses options de déjeuners en camion à emporter. Toutefois, «le sale travail que représente la création de la collection n’est pas vraiment différent de ce que vous feriez sur le terrain», note Gostel.
Sarah Gabler prélève un échantillon de tissu d'une gentiane rose ( Sabatia kennedyuana Fernald ). Les éprouvettes sont emballées dans du papier d'aluminium et déposées dans un réservoir portable d'azote liquide. (Jardin botanique américain) 
Kristen Van Neste et Vicki Funk appuient sur un spécimen de gentiane rose à fleurs roses. Les plantes ont été sélectionnées pour un échantillonnage basé sur la floraison saisonnière. (Jardin botanique américain) 
Funk et son équipe traquent les plantes à déguster à USBG. (Helen Thompson) 
Vicky Funk découpe un échantillon d'aloe flocon de neige rare ( Aloe rauhii ), originaire de Madagascar. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Institution) 
Un échantillon d’aloe flocon de neige attend d’être aplati dans la presse à plantes de Funk. Lors de la création d'un pressage, les chercheurs tentent d'inclure autant de parties de la plante que possible, des fleurs aux racines. (Helen Thompson) 
Sarah Gabler et Vicki Funk déposent un tube à essai contenant un échantillon de tissu prélevé sur une fourmi ( Hydnophytum formicarum ) dans leur réservoir de champ d'azote liquide. De minuscules fourmis habitent les tiges de cette plante. (Jardin botanique américain) 
Le conservateur des plantes, Bill McLaughlin, du jardin botanique américain, brandit une gousse de semence de cacaoyer ( Theobroma cacao ), une des nombreuses plantes échantillonnées lors de la manifestation de mercredi. Certains génomes de plantes utiles à l'agriculture humaine, comme le cacao, ont déjà été séquencés. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) 
Les stagiaires (de gauche à droite) Sarah Gabler, Asia Hill et Kristen Van Neste observent Vicki Funk (tout à droite) resserrer la presse pour préserver un échantillon d'une tourbière appelée "gentiane rose" ( Sabatia kennedyuana Fernald ) au jardin botanique américain. le 8 juillet 2015. L'équipe a également pris des notes et des images pour en suivre un autre avec les échantillons pressés et congelés qu'ils avaient collectés. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) 
Sarah Gabler, Kristen Van Neste, Vicki Funk, Asia Hill et Morgan Gostel font une pause dans l’échantillonnage des plantes pour prendre une photo de groupe à l’extérieur du conservatoire du Botanic Garden des États-Unis. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) Alors, pourquoi ce lieu peu orthodoxe? En tant que musées de plantes vivantes, les jardins constituent un lieu idéal pour combler ces lacunes avec des échantillons bien documentés prêts pour le séquençage génomique. «Les jardins botaniques rassemblent des collections comme celle-ci, dans certains cas depuis des centaines d'années, remontant même à la Renaissance», explique le directeur du jardin, Ari Novy. Les jardins servent également d'organismes de coordination pour les groupes impliqués dans la découverte d'espèces. Certains abritent également des banques de semences et se spécialisent dans des types de plantes spécifiques.
Les chercheurs peuvent apprendre toutes sortes de choses à partir d'échantillons de graines et de tissus, de l'identification d'espèces envahissantes à la réponse à de grandes questions concernant l'évolution des plantes. «C'est illimité», note Félix Forest, biologiste de l'évolution des plantes des jardins botaniques royaux de Kew au Royaume-Uni. Kew travaille sur un projet similaire visant à préserver des échantillons génétiques de 25% d'espèces de plantes sauvages d'ici 2020.
GGI et Kew font partie d'un mouvement plus vaste visant à préserver la diversité végétale dans les bio-dépôts, comme l'installation cryogénique du Smithsonian et la réserve de semences de Svalbard en Antarctique. Ils se sont associés à des organisations similaires pour former le Réseau mondial sur la biodiversité et le génome (Global Genome Biodiversity Network, GGBN).
Quelle est la précipitation? «Idéalement, vous voudriez conserver un spécimen vivant, mais cela devient de moins en moins faisable», déclare Coddington. Le mois dernier, des chercheurs ont suggéré que la Terre était déjà au cœur de son sixième événement d'extinction de masse. Avec la destruction de l'habitat et une foule de menaces liées au changement climatique à l'horizon, les scientifiques veulent conserver certains échantillons pendant qu'ils le peuvent encore. «Il y a une certaine urgence à cela», ajoute Kress.
Préserver ces génomes maintenant peut nous aider à en tirer des leçons à l'avenir. Forest est d’accord: «Si nous conservons cette diversité génétique d’une manière ou d’une autre, nous pourrons y revenir dans 20 ans.» En plus de l’apprentissage à partir de l’ADN des plantes, les chercheurs pourraient même faire revivre des plantes éteintes. L'idée de ramener une espèce de la mort vient naturellement avec la controverse, mais ne devançons pas nous-mêmes. Forest met en garde: «Ce n'est pas encore Jurassic Park. Mais la technologie évolue si rapidement que qui sait ce que nous pourrions faire avec un tube d’ADN dans 20 ans ».
