L'inactivation du gène RECQ4 permet d'augmenter la recombinaison génétique chez les plantes cultivées
Publié par Isabelle le 12/12/2018 à 14:00
Source: INRA
Au cours du processus de reproduction sexuée, les chromosomes échangent du matériel génétique par recombinaison (crossing-over), participant ainsi à la diversité. Mais ce brassage s'effectue de façon limitée, car les échanges sont rares. En cause, la présence de gènes, dont l'action inhibe le mécanisme. Des chercheurs de l'Inra et du Cirad ont démontré que désactiver l'un d'entre eux, nommé RECQ4, entraîne la multiplication (La multiplication est l'une des quatre opérations de l'arithmétique élémentaire avec l'addition, la soustraction et la division .) par trois du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de recombinaisons chez des plantes cultivées telles que le riz (Le riz est une céréale de la famille des Poacées ou Graminées, cultivée dans les régions tropicales, subtropicales et tempérées chaudes...), de pois (Le pois (Pisum sativum L.) est une espèce de plante annuelle de la famille des légumineuses (Fabacées), largement cultivée pour ses...) et de tomates. Cette découverte, qui a fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...) d'une publication dans la revue Nature Plants, le 26 novembre 2018, pourrait permettre d'accélérer le processus de sélection génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) des plantes, et ainsi développer plus rapidement des variétés mieux adaptées aux conditions environnementales (résistance aux maladies, adaptation au changement climatique).


Plante expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan culturel et politique. En science, il s'agit d'approches de recherche basées...): Arabidopsis Thaliana. © Inra, MAITRE Christophe

La recombinaison est un mécanisme naturel commun à tous les organismes qui pratiquent la reproduction (La Reproduction. Eléments pour une théorie du système d'enseignement est un ouvrage de sociologie co-écrit par Pierre Bourdieu et Jean-Claude Passeron paru en 1970 aux...) sexuée, qu'il s'agisse des végétaux, des champignons ou des animaux. C'est ce mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) des chromosomes qui est à l'origine de 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...) au sein des espèces. L'amélioration des plantes, telle qu'elle est pratiquée depuis dix mille ans, et qui consiste à croiser deux plantes choisies pour leur caractères intéressants et complémentaires afin de les réunir dans une seule, repose essentiellement sur ce mécanisme. Ainsi, pour obtenir une nouvelle variété de tomate (La tomate (Solanum lycopersicum L.) est une espèce de plante herbacée de la famille des solanacées, originaire du nord-ouest de l'Amérique du Sud, largement cultivée pour...) à la fois savoureuse et résistante à un bioagresseur, on va s'efforcer de croiser et sélectionner, via les recombinaisons successives, des tomates qui possèdent les gènes impliqués dans le goût (Pour la faculté de juger les belles choses, voir Goût (esthétique)) et la résistance. Mais ce processus prend beaucoup de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), car le nombre de recombinaisons qui s'opèrent lors de la reproduction est faible. 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...), il ne se crée qu'un à trois points d'échanges de matériel génétique, ou crossing-over, entre les chromosomes par croisement. Pour cette raison, il est impossible par exemple, de combiner six gènes d'intérêt en une seule génération, ce qui constitue un frein (Un frein est un système permettant de ralentir, voire d'immobiliser, les pièces en mouvement d'une machine ou un véhicule en cours de déplacement.) important à l'amélioration des variétés. Mais qu'est-ce qui limite ce nombre d'événements de combinaisons ?

Pour le comprendre, les chercheurs de l'Inra ont identifié et étudié chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, les gènes impliqués dans le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) du niveau de recombinaison. Et ils ont découvert que l'un d'eux, RECQ4, exerce une action anti crossing-over particulièrement élevée. Au point (Graphie) qu'en le rendant non fonctionnel, on multiplie de deux à quatre fois la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps....) des recombinaisons ! Mais qu'en est-il sur des plantes cultivées ? C'est ce qu'ont évalué les chercheurs, au sein d'un consortium associant l'Inra et le Cirad, en examinant trois espèces d'intérêt agronomique, le pois, la tomate et le riz. Et c'est un succès. En "éteignant" le gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou...) RECQ4, ils ont multiplié en moyenne par trois le nombre de crossing-over, avec pour conséquence un brassage plus important des chromosomes et donc une augmentation de la diversité, pour chaque génération. En tant qu'organisme 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 cadre...) finalisée, l'Inra va maintenant s'attacher à intégrer cet outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification...) dans les programmes d'amélioration des plantes.

Mais pourquoi les recombinaisons sont-elles si peu fréquentes ?

Plus précisément, qu'est-ce qui explique que des mécanismes actifs, tels que le gène RECQ4, limitent ce processus, et donc le rythme de la diversité, chez l'immense majorité des organismes vivants qui se reproduisent sexuellement ? Eh bien les chercheurs n'ont pas encore la réponse. La théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou...) la plus partagée pour expliquer ce phénomène, c'est que l'évolution des espèces se produit dans un 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 les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à...) qui est globalement plutôt stable. Par conséquent, les combinaisons sélectionnées lors des générations précédentes se révèlent bien adaptées au milieu dans lequel se développent les nouveaux individus. Or, si la diversité est indispensable à l'adaptation et la survie, rebattre l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui...) des cartes, autrement dit bouleverser l'équilibre à chaque génération, n'est sans doute la solution la plus optimale. Bref, il faut de la diversité, mais pas trop.

Contact(s) scientifique(s):
Raphaël Mercie - Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) Jean-Pierre Bourgin (Inra, AgroParisTech)

Département(s) associé(s):
Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences...) et amélioration des plantes

Centre(s) associé(s):
Versailles-Grignon

Référence publication:
Delphine Mieulet, Gregoire Aubert, Cecile Bres, Anthony Klein, Gaëtan Droc, Emilie Vieille, Celine Rond-Coissieux, Myriam Sanchez, Marion Dalmais, Jean-Philippe Mauxion, Christophe Rothan, Emmanuel Guiderdoni and Raphael Mercier, Unleashing meiotic crossovers in crops, Nature Plants doi: https://doi.org/10.1101/343509
Page générée en 6.166 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique