Les chromosomes du châtaignier américain et chinois ne sont finalement pas si similaires, du moins dans une région clé du génome : la région organisatrice du nucléole (NOR).
La découverte, publiée dans Rapports scientifiquesa des implications majeures pour quiconque souhaite conférer une résistance au mildiou aux châtaigniers américains par hybridation avec le châtaignier chinois.
« Il s’agit d’une découverte sans précédent dans le domaine de la cytologie végétale », déclare Nurul Faridi, généticien du Service forestier et auteur principal de l’étude.
Le rétrocroisement traditionnel, impliquant l’hybridation entre deux espèces, vise à combiner un mélange idéal de caractères de deux espèces sans génie génétique. Le rétrocroisement ne peut réussir que lorsque les chromosomes des deux espèces sont compatibles. Étant donné que les hybrides de châtaigniers sino-américains sont viables, les gens supposent que les deux espèces sont hautement compatibles. Mais la nouvelle étude révèle des différences significatives dans le NOR des deux espèces.
Le NOR fait partie de chaque cellule végétale et animale. Il contient les instructions génétiques nécessaires à la fabrication des ribosomes, les machines moléculaires produisant les protéines essentielles à la vie.
Le NOR est situé près de l’extrémité du bras court d’un chromosome particulier. Il est présent chez les deux espèces, mais chez le châtaignier de Chine, il contient un type d’ADN appelé hétérochromatine et constitue environ 25 % du chromosome.
La structure et la composition de cet ADN ont surpris les chercheurs : il est très condensé, dépourvu de contenu génétique et inactif sur le plan transcriptionnel. En revanche, le satellite américain Chestnut est très petit et semble euchromatique. Les régions euchromatiques de l’ADN sont actives sur le plan transcriptionnel.
Faridi a d’abord remarqué une petite paire de chromosomes de châtaignier chinois présentant une fluorescence très brillante avec un microscope spécialisé, un filtre UV et un colorant qui se lie à l’ADN.
Faridi a utilisé l’hybridation fluorescente in situ (FISH) pour analyser plus en détail la découverte.
« Nos images FISH de haute qualité fournissent une preuve sans équivoque de cet arrangement unique d’ADN », explique Faridi. « Ces images ne sont pas de simples images ; elles témoignent de la nature dynamique du matériel génétique. »
Faridi travaille avec FISH depuis 1991 et possède une vaste expérience dans la préparation de chromosomes végétaux pour les analyses. Les chromosomes bien séparés des extrémités des racines digérées par enzyme et qui sont pour la plupart exemptes de parois cellulaires, de membranes nucléaires et de débris cytoplasmiques sont les meilleurs pour le FISH.
La plupart des images FISH sont obtenues à partir de cellules animales, car les cellules végétales, et en particulier les arbres, sont plus difficiles à utiliser. Faridi a découvert que les châtaigniers sont beaucoup plus difficiles à travailler que les pins et les peupliers.
Les chercheurs utiliseront une technique appelée oligonucléotide FISH pour approfondir leurs recherches. Oligo-FISH utilise de courtes sondes d’ADN spécifiques acquises lors du séquençage de l’ADN. Puisque les génomes entiers des châtaignes américaines et chinoises ont été séquencés, oligo-FISH permettra aux chercheurs de mener des études génétiques détaillées pour discerner de subtiles différences génomiques. La technique est particulièrement utile pour étudier les hybrides car elle peut indiquer de quel parent provient un gène.
Les progrès dans le développement d’hybrides de châtaigniers d’Amérique présentant la hauteur du châtaignier d’Amérique et la résistance à la brûlure du châtaignier chinois ont été significatifs. Cependant, les hybrides les plus avancés n’ont pas actuellement une résistance suffisante à la brûlure pour être restaurés, comme le précédent Service forestier recherche a montré.
Plus d’information:
Nurul Faridi et al, Caractérisation cytomoléculaire de la composition de l’ADNr et de la chromatine dans le satellite associé au NOR chez Chestnut (Castanea spp.), Rapports scientifiques (2024). DOI : 10.1038/s41598-023-45879-6