Comment la téosinte est devenue une mauvaise herbe en Europe grâce à des échanges génétiques avec le maïs cultivé

Publié par Isabelle le 22/10/2020 à 13:00
Source: CNRS INSB
Les téosintes sont des graminées endémiques du Mexique appartenant à la même espèce que le maïs cultivé. Des populations adventices de téosintes se sont établies en France et en Espagne. L'étude de leurs caractéristiques génétiques a mis en évidence une forte introgression génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) par le maïs (Le maïs (aussi appelé blé d’Inde au Canada) est une plante tropicale herbacée annuelle de la famille des Poacées, largement cultivée comme céréale pour ses grains riches en amidon, mais aussi comme...), qui a permis aux téosintes d'acquérir un allèle de précocité de floraison (La floraison est le processus biologique de développement des fleurs. Elle est contrôlée par l'environnement (lumière, humidité, température) et les phytohormones.), ainsi qu'un allèle de résistance à des herbicides. Ces résultats démontrent le rôle des processus d'hybridation dans la naturalisation d'une espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce...) exotique introduite.


A gauche, plantes de téosinte dans une parcelle cultivée en soja (France, région Nouvelle Aquitaine, 2019). Le soja est, après le maïs, la culture (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses romans et nouvelles de science-fiction. Décrite avec beaucoup de précision...) dans laquelle les téosintes sont le plus souvent présentes. Au centre, un épi de téosinte typique, constitué d'une seule rangée de grains soudés les uns aux autres.
A droite, deux épis comprenant plusieurs rangées de grains, portés par des plantes issues d'hybridation spontanée avec le maïs cultivé. Ces épis hybrides s'observent en faible fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par...) dans les populations de téosintes en France.
© Valérie Le Corre et Christophe Délye

L'introgression génétique est le résultat du transfert de matériel génétique par hybridation entre des individus donneurs et des individus receveurs de la même espèce ou d'une sous-espèce proche. Elle se caractérise par la présence dans le génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le génome est...) de ces derniers de régions héritées des individus donneurs. L'introgression peut jouer un rôle important pour l'établissement d'une espèce envahissante dans un nouvel environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec...), en permettant d'acquérir rapidement des caractères avantageux déjà présents chez une espèce localement adaptée. Un cas particulier est l'introgression entre les formes sauvages et les formes domestiques apparentées. Chez les plantes, l'hybridation entre formes sauvages et domestiques peut engendrer une plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne) des Eucaryotes. Elles sont, avec les autres...) adventice (“mauvaise herbe”) qui possède à la fois des adaptations au milieu cultivé (par exemple, un mimétisme (Le mimétisme est une stratégie adaptative d'imitation. Cela permet par exemple à une espèce d'échapper à d'éventuels prédateurs. Les stratégies mimétiques...) avec la plante cultivée) et des caractères hérités du parent sauvage qui favorisent sa prolifération et sa persistance ( Persistance (statistiques) Persistance (informatique) en peinture : La Persistance de la mémoire (1931) en médecine : la persistance du canal artériel ...) (par exemple, la production de nombreuses graines facilement dispersées).

Les téosintes annuelles sont des graminées endémiques du Mexique qui sont les plus proches apparentées sauvages du maïs cultivé (Zea mays ssp mays). Parmi elles, on distingue deux sous-espèces: la sous-espèce parviglumis, de basse altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et...), à partir de laquelle le maïs a été domestiqué et considérée comme son "ancêtre" ; et la sous-espèce mexicana, des hauts plateaux mexicains. Il est établi que des échanges génétiques depuis la téosinte mexicana vers le maïs cultivé ont contribué à l'adaptation de variétés traditionnelles de maïs aux conditions climatiques de haute altitude. Récemment, la présence de populations de téosintes a été signalée dans les cultures de maïs en France et en Espagne. Ces populations sont des adventices, elles sont capables de se reproduire et se maintenir dans les parcelles cultivées malgré des tentatives d'éradication.

Dans cette étude, les chercheurs se sont interrogés sur l'origine de ces téosintes et l'adaptation de ces plantes tropicales au climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la météorologie qui...) tempéré de nos latitudes. Ils ont étudié la variation génétique le long des génomes des téosintes françaises et espagnoles et l'ont comparée avec celle de téosintes du Mexique et de lignées de maïs d'Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et à l'est, de...) Centrale et des régions tempérées. Les chercheurs ont montré que les téosintes européennes sont plus proches génétiquement de la sous-espèce mexicana parmi les téosintes mexicaines. Les génomes des téosintes européennes ont aussi des régions héritées de variétés de maïs tempérées (12% du génome en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques sans changer la...) chez les téosintes françaises). Parmi ces régions, deux ont été identifiées comme contenant des gènes qui ont pu contribuer à l'établissement des téosintes en France.

La première région contient le gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un acide ribonucléique (ARN) fonctionnel. On peut...) ZCN8, un gène majeur de précocité de floraison. Ce gène a été sélectionné chez le maïs pour obtenir des variétés précoces pouvant être cultivées sous les latitudes tempérées. Les téosintes mexicana du Mexique ne fleurissent pas, ou très tardivement, dans les conditions de photopériode longue qui prévalent aux latitudes européennes. Au contraire, les téosintes établies en France ont une période de floraison synchrone avec celle du maïs. Cette adaptation a très probablement été acquise grâce à l'introgression de la forme (allèle) précoce du gène ZCN8 et possiblement d'autres gènes qui restent à identifier (la précocité de floraison est un caractère très complexe, dont le déterminisme implique de très nombreux gènes).

La seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La...) région introgressée contient une forme mutante du gène ACC1 provenant de variétés de maïs tolérantes à un herbicide (Un produit herbicide est défini comme une substance active ou une préparation ayant la propriété de tuer les végétaux.). La présence en forte fréquence de ce gène dans les populations de téosintes françaises leur confère une résistance à des herbicides anti-graminées couramment utilisés.

Le cas de la téosinte décrit dans cette étude permet de mieux comprendre l'évolution des plantes adventices apparentées aux cultures et l'équilibre complexe entre le maintien du caractère adventice et l'incorporation de caractères favorables d'origine domestique. Il met aussi en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) la réciprocité des relations entre plantes sauvages et cultivées. Alors que la téosinte mexicana a contribué anciennement à l'adaptation du maïs cultivé à de nouvelles conditions climatiques d'altitude, on observe aujourd'hui à la faveur d'un événement d'introduction accidentel que les échanges génétiques avec le maïs lui permettent à son tour de s'adapter à un nouvel environnement.

Pour en savoir plus:
Adaptive introgression from maize has facilitated the establishment of teosinte as a noxious weed in Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme une...).
Le Corre V, Siol M, Vigouroux Y, Tenaillon MI, Délye C.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Sep 28:202006633. doi: 10.1073/pnas.2006633117.

Laboratoires:
- Laboratoire agroécologie (INRAE, Agrosup Dijon, Université de Bourgogne (L'université de Bourgogne est une université située dans la ville de Dijon en France. Elle offre un large éventail de formation dans toutes les...) Franche-Comté)
INRA, Centre de Dijon. 17 rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux d'activité économique. Elle met en relation et...) Sully, BP 86510. 21065 DIJON Cédex. France.
- Laboratoire Génétique quantitative et évolution - Le Moulon (INRAE, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) Paris-Saclay, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), AgroParisTech)
Ferme du Moulon. 91190 Gif-sur-Yvette. France.

Contacts:
- Valérie Le Corre - Chercheuse Inrae au laboratoire Agroécologie - valerie.le-corre at inrae.fr
- Maud Tenaillon - Chercheuse CNRS au laboratoire Génétique quantitative et évolution - Le Moulon -
maud.tenaillon at inrae.fr
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