Un guide à travers le génome
Les plantes présentent une énorme variété de caractéristiques pertinentes pour la sélection, telles que la hauteur des plantes, le rendement et la résistance aux parasites. L'un des plus grands défis de la recherche moderne sur les plantes est d'identifier les différences dans l'information génétique qui sont responsables de cette variation. Une équipe de recherche dirigée par le groupe de travail "Rendement des cultures" de l'Institut de physiologie moléculaire de l'université Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) et de la Carnegie Institution of Science de Stanford a mis au point une méthode permettant d'identifier précisément ces différences particulières dans l'information génétique. En utilisant l'exemple du maïs, ils démontrent le grand potentiel de leur méthode dans la revue Genome Biology et présentent des régions du génome du maïs qui pourraient contribuer à augmenter les rendements et la résistance aux parasites lors de la sélection.
Guide du génome du maïs : Une nouvelle méthode permet d'identifier les différences d'informations génétiques responsables de la variation des caractéristiques des plantes entre les différentes variétés. Cette méthode peut être utilisée pour une sélection ciblée en vue d'augmenter les rendements, par exemple.
Paul Schwaderer, andriigorulko / valiantsin – stock.adobe.com
Le schéma directeur de tous les organismes est codé dans leur ADN. Celui-ci comprend les gènes qui codent les protéines et déterminent les caractéristiques intrinsèques d'un organisme. En outre, il existe d'autres sections importantes de l'ADN, en particulier les régions qui contrôlent la régulation des gènes, c'est-à-dire quand, dans quelles conditions et dans quelle mesure les gènes sont activés.
Toutefois, par rapport aux gènes, ces régions régulatrices - également appelées "éléments cis" - sont difficiles à trouver. Or, ce sont précisément les modifications de ces éléments d'ADN qui sont en grande partie responsables des différences entre les organismes, et donc entre les différentes variétés de plantes.
Au cours des dernières décennies, les chercheurs ont découvert que les régions régulatrices sont les sites de liaison de protéines spécifiques. Ces dernières, appelées facteurs de transcription, déterminent le moment et la durée de l'activation des gènes.
Thomas Hartwig, co-auteur de la correspondance, qui dirige le groupe de recherche sur le rendement des cultures à l'Institut de physiologie moléculaire de l'université de Hesse et à l'Institut Max Planck de recherche sur l'amélioration des plantes (MPIPZ) à Cologne : "Trouver les quelques variations qui sont essentielles pour modifier des caractéristiques telles que la résistance aux parasites parmi les millions et les millions de différences non causatives du génome est la recherche ultime d'une aiguille dans une botte de foin".
"Contrairement aux gènes codant pour des protéines, les sites de régulation ne peuvent généralement pas être identifiés sur la base de la seule séquence. Il est donc très difficile de les localiser. Notre méthode utilise des plantes hybrides pour mesurer les effets directs de la variation de la séquence d'ADN sur la liaison des facteurs de transcription", explique l'auteur principal, le professeur Zhi-Yong Wang, de la Carnegie Institution for Science.
L'étude a été réalisée en collaboration avec des chercheurs de l'Institut Leibniz de génétique végétale et de recherche sur les plantes cultivées (IPK) à Gatersleben, ainsi qu'avec l'Université de Nebraska-Lincoln et l'Université d'État de l'Iowa aux États-Unis.
En utilisant des hybrides, c'est-à-dire la première génération de plantes créées par le croisement de deux variétés, l'équipe de recherche peut comparer les régions régulatrices qui diffèrent sur l'ensemble du génome. Julia Engelhorn, co-auteur de l'étude, explique : "Notre méthode analytique nous permet de mesurer précisément si les facteurs de transcription se lient davantage au génome maternel ou paternel". Cette procédure a également permis à l'équipe d'identifier des milliers de différences associées à des caractéristiques telles que le rendement et la résistance aux parasites chez le maïs.
La technologie a été démontrée pour un facteur de transcription dans la voie des brassinostéroïdes, une hormone liée à la croissance et aux maladies. Wolf B. Frommer, directeur de l'institut : "L'équipe a identifié des milliers de variations génomiques qui peuvent expliquer pourquoi une variété de maïs se comporte différemment en termes de rendement ou de résistance aux maladies. De plus, l'équipe a pu montrer que ces différences sont presque autant génétiques qu'épigénétiques." L'épigénétique décrit les processus qui influencent l'activité des gènes sans être codés dans la séquence d'ADN elle-même.
L'un des principaux résultats de l'étude est une liste de plus de 6 000 régions du génome qui peuvent être ciblées pour la sélection végétale. Il peut s'agir de régions par lesquelles s'expriment, dans certaines variétés de maïs, des caractères positifs dont d'autres plantes sont dépourvues.
Hartwig : "Savoir à quel endroit du génome les méthodes modernes de sélection peuvent être appliquées pour transférer des caractéristiques de certaines variétés à d'autres est d'une grande importance pour la biotechnologie. Notre étude peut servir de guide pour trouver ces régions intéressantes du génome". Le professeur Frommer ajoute : "Les résultats de l'étude jettent les bases de l'utilisation de techniques modernes pour cultiver de nouvelles variétés de maïs en combinant habilement les variantes optimales.
L'étude a été financée par le pôle d'excellence CEPLAS de la HHU, la Fondation allemande pour la recherche (DFG), la Carnegie Institution for Science, le professeur Alexander von Humboldt Wolf B. Frommer, les National Institutes of Health des États-Unis et le ministère de l'économie, du tourisme, de l'agriculture et de la sylviculture de Saxe-Anhalt.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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