Le génome du chêne lève un voile sur la longévité des arbres
Publié par Isabelle le 20/06/2018 à 12:00
Source: INRA
Un consortium national mené par l'Inra et le CEA a séquencé le génome du chêne pédonculé. Leurs travaux, publiés dans la revue Nature Plants le 18 juin 2018, révèlent deux facettes de la longévité de cette espèce emblématique. La première concerne la mise en place d'un arsenal de gènes de résistance particulièrement riche et diversifié, permettant aux arbres de faire face tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) au long de leur vie (La vie est le nom donné :) à leurs grands prédateurs (champignons pathogènes, oomycètes, insectes (Insectes est une revue francophone d'écologie et d'entomologie destinée à un large public d'amateurs et de naturalistes. Produite par l'Office pour les insectes et leur environnement...), bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries...) et virus). 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...) révèle la présence de mutations somatiques qui peuvent être transmises à la génération suivante, un résultat qui soulève des questions sur l'importance évolutive de ce moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à...) de diversité.


Chênes de 150 ans de la Forêt domaniale de Bercé
© Inra, Didier Bert

Les arbres constituent une part importante de notre patrimoine naturel et culturel. Omniprésents dans nos paysages les plus communs, ils fournissent aussi aux sociétés humaines des services inestimables. Leur longévité (La longévité d'un être vivant est la durée de vie pour laquelle il est biologiquement programmé, dans des conditions idéales et en l'absence de maladie ou d'accident. Elle correspond...) et résilience face à des variations environnementales hétérogènes ont contribué à leur attribuer des représentations symboliques dans toutes les sociétés humaines passées et actuelles. Ces représentations, allant du sacré, mystique jusqu'au domaine populaire, invoquent stabilité, résistance et permanence de la vie.

Un génome de référence pour une des 400 espèces de chênes

Des scientifiques de l'Inra et du CEA ont cherché à savoir si la longévité des arbres, dont les chênes sont emblématiques, reposait sur des bases génétiques. Ils ont commencé leur enquête en s'attaquant au génome du chêne pédonculé (Le Chêne pédonculé (Quercus robur L. = Q. pedunculata Ehrh.) est un arbre à feuillage caduc des régions tempérées de l'hémisphère nord, appartenant à la famille des Fagacées. Ses...). Des technologies de séquençage (En biochimie, le séquençage consiste à déterminer l'ordre linéaire des composants d'une macromolécule (les acides aminés d'une protéine,...) à haut débit (Le terme de haut débit (ou large bande par traduction littérale de l'expression anglosaxonne broadband) fait référence à des capacités d'accès à internet supérieures à celle de l'accès analogique par modem...) leur ont permis de séquencer et d'assembler les 750 millions de nucléotides de cette espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la...) largement répandue en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...), dont la diversité génétique (La diversité génétique est une caractéristique décrivant le niveau de variétés des gènes au sein d'une même espèce (voire sous-espèce). On parle de...) est dix fois plus importante que celle de l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est appelé un...).

Un génome particulièrement bien équipé en gènes de résistance contre les bioagresseurs... qui pourrait expliquer leur longévité

L'an notation de ce génome révèle qu'il contient 51% d'éléments transposables (séquences d'ADN capables de se déplacer dans un génome) et 26 000 gènes dont 36% sont organisés en groupes de gènes contigus, alors qu'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...) cette proportion n'est que de 15% chez les plantes. Les chercheurs ont montré que les gènes de résistance du chêne (Le chêne est le nom vernaculaire de nombreuses espèces d'arbres et d'arbustes appartenant au genre Quercus, et à certains genres apparentés, notamment Cyclobalanopsis...) avaient particulièrement bénéficié de ces duplications en tandem. La comparaison des génomes d'espèces herbacées annuelles (Arabidopsis, soja (Le soja, ou soya, est une plante grimpante de la famille des Fabacées, du genre Glycine (à ne pas confondre avec la glycine, Wisteria sp.), proche du haricot, largement cultivée...), pomme de terre (La pomme de terre, ou patate (langage familier, canadianisme et français régional), est un tubercule comestible produit par l'espèce Solanum tuberosum, appartenant à la famille des solanacées. Le terme...), pastèque (La pastèque ou melon d'eau (Citrullus lanatus) est une plante herbacée de la famille des Cucurbitacées, originaire d'Afrique, largement cultivée pour ses gros fruits lisses, à...)...) et ligneuses pérennes (chêne, peuplier (Les peupliers sont des arbres du genre Populus de la famille des Salicacées.), eucalyptus (Les eucalyptus, soit le genre Eucalyptus, sont des arbres de la famille des Myrtaceae indigènes en Australie et en Tasmanie, et dont certaines espèces,...), pêcher (Le pêcher (Prunus persica (L.) Batsch) est une espèce d'arbre fruitier de la famille des Rosaceae, cultivée pour son fruit comestible, la...)...) a mis en évidence que ce mécanisme d'expansion des gènes de résistance n'était pas spécifique au chêne mais partagée avec l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) des arbres de l'étude. Les arbres sont continuellement exposés à des bioagresseurs qui peuvent évoluer rapidement par rapport à ces organismes à longue durée de génération. Dans ces conditions, cette richesse en gènes du système immunitaire (Le système immunitaire d'un organisme est un ensemble coordonné d'éléments de reconnaissance et de défense qui discrimine le...) des plantes, leur permettrait de faire face à un large éventail d'interactions biotiques avec les micro-organismes (notamment pathogènes) tout au long de leur existence.

Les arbres: des mosaïques génétiques ?

Les organismes multicellulaires accumulent des mutations somatiques au cours de leur croissance. Les chênes étant des espèces particulièrement longévives (généralement plusieurs centaines d'années), les chercheurs se sont interrogés sur l'importance de ces mutations chez un tel arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les arbres acquièrent une...). En comparant les génomes d'échantillons récupérés à l'extrémité de branches d'âge différent d'un chêne pédonculé centenaire, ils ont identifié de rares mutations apparues au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). Ils ont aussi montré que ces mutations pouvaient être transmises à la descendance. Il reste à étudier si ce moteur de diversité pourrait conférer un avantage sélectif aux individus qui les portent.

Le génome de référence du chêne est maintenant utilisé pour étudier les processus évolutifs impliqués dans l'adaptation et la spéciation des chênes blancs européens, notamment depuis la dernière recolonisation postglaciaire. A l'instar de ce qui est fait chez l'homme, il permettra de reconstituer les trajectoires évolutives qui ont accompagné l'histoire de ces espèces notamment grâce à l'analyse de l'ADN ancien que l'on peut aujourd'hui extraire à partir de restes de bois fossiles.

Contact(s) scientifique(s) :
Christophe Plomion - Unité Mixte de Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) Biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie en considérant la diversité des...), Gènes et Communautés (BIOGECO, Inra, Univ. Bordeaux)
Département(s) associé(s):
Écologie des forêts, prairies et milieux aquatiques
Centre(s) associé(s) :
Nouvelle-Aquitaine-Bordeaux
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