Notre monde actuel est peuplé d’organismes multicellulaires, des grands arbres aux humains, qui détruisent le climat. Cette multicellularité est apparue indépendamment chez les plantes et les animaux. Les animaux et les plantes font face différemment aux défis que pose le regroupement de cellules individuelles pour former un organisme plus grand, comme la nécessité de communiquer et de se coordonner entre elles, de partager et de transporter des nutriments et de former des structures spécialisées.
L’un des défis posés par la multicellularité est que toutes les cellules portent le même code génétique, mais elles ont une apparence et un comportement différents : une cellule racinaire doit s’allonger vers les sources d’eau et la gravité, tandis que les cellules des feuilles pilotent la photosynthèse.
Pour obtenir des résultats différents à partir du même code sous-jacent, les cellules modifient la façon dont le code est lu, ce que l’on appelle la régulation transcriptionnelle. Les plantes et les animaux diffèrent également fondamentalement dans la façon dont ils réalisent cette régulation transcriptionnelle, comme le montre une nouvelle étude du groupe de Magnus Nordborg au GMI.
Les résultats, publié dans Génétique de la nature le 12 septembre, ouvrez une nouvelle perspective sur la façon dont les plantes parviennent à la régulation transcriptionnelle.
« Une grande partie de ce que nous savons sur la régulation transcriptionnelle chez les plantes est basée sur des recherches menées sur des animaux et des levures », explique Yoav Voichek, postdoctorant dans le laboratoire de Magnus Nordborg et co-auteur de l’étude. « Nous voulions observer les plantes de manière impartiale, ce qui permettrait de découvrir des mécanismes et des processus qui leur sont propres. »
À l’aide d’un essai de report parallèle sur quatre espèces de plantes (maïs, Arabidopsis, tomate et Nicotiana benthamiana), les chercheurs ont recherché des séquences qui influencent la transcription. Le site de démarrage de la transcription (TSS) est l’emplacement spécifique d’un gène où la transcription commence. Les chercheurs ont identifié une région en aval du TSS qui est essentielle à la régulation transcriptionnelle.
En examinant de plus près la façon dont ces séquences régulent la transcription, les chercheurs ont découvert une nouveauté dans la régulation transcriptionnelle. « Le plus surprenant, c’est que lorsque nous changeons la position de cette séquence régulatrice, en la plaçant en amont du site de départ de la transcription, elle ne pilote plus la transcription », explique Voichek.
Cette découverte va à l’encontre de ce que l’on pourrait attendre de l’étude de la régulation transcriptionnelle chez les animaux : chez eux, les séquences régulatrices sont indépendantes de la position, car l’échange de leur position ne change pas la façon dont elles régulent la transcription.
Affiner la transcription
Au sein de la séquence régulatrice, les scientifiques ont découvert un motif de séquence, constitué des bases GATC, qui contrôle fortement l’expression des gènes. « Le motif de séquence a une influence plus puissante sur la transcription que tout motif d’ADN identifié en amont du site de départ de la transcription », explique Voichek. Ce motif est conservé au cours de l’évolution et se retrouve dans toutes les plantes vasculaires, c’est-à-dire toutes les plantes terrestres à l’exception des mousses, des anthocérotes et des hépatiques.
La manière dont le motif GATC influence la transcription illustre la manière dont les séquences régulatrices peuvent affiner la transcription dans différents types de cellules. « Plus le nombre de ces motifs en aval du TSS est élevé, plus le gène est exprimé fortement », explique Voichek. « Le motif agit comme un rhéostat, ajustant finement les gènes qui doivent être exprimés dans tous les types de cellules, mais à différents niveaux. »
À l’avenir, Voichek prévoit d’étudier la manière dont le motif GATC exerce un contrôle sur la transcription. « Notre étude non seulement modifie la compréhension de la régulation de la transcription chez les plantes, mais souligne également que nous devons étudier la transcription dans un ensemble diversifié d’organismes pour élargir notre compréhension de la biologie. »
Plus d’informations :
Yoav Voichek et al, Séquences régulatrices transcriptionnelles dépendantes de la position répandues dans les plantes, Génétique de la nature (2024). DOI : 10.1038/s41588-024-01907-3. www.nature.com/articles/s41588-024-01907-3
Fourni par l’Institut Gregor Mendel de biologie végétale moléculaire (GMI)