Des découvertes récentes dans le domaine de l’épigénétique, l’étude de l’hérédité de traits qui se produisent sans modification de la séquence d’ADN, ont montré que l’âge chronologique des mammifères est en corrélation avec les changements épigénétiques qui s’accumulent au cours de la vie d’un individu.
Chez l’humain, cette observation a conduit au développement d’horloges épigénétiques, désormais largement utilisées comme biomarqueurs du vieillissement. Bien que ces horloges fonctionnent avec précision depuis la naissance jusqu’à la mort, elles sont remises à zéro à chaque nouvelle génération.
Aujourd’hui, une équipe internationale codirigée par l’Université de Géorgie, le Centre GEOMAR Helmholtz pour la recherche océanique de Kiel et l’Université technique de Munich montre que les horloges épigénétiques existent non seulement dans les plantes, mais que ces horloges continuent de fonctionner avec précision sur de nombreuses générations. Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Sciencel’équipe décrit comment cette horloge peut indiquer l’heure avec une résolution allant de plusieurs décennies à plusieurs siècles, une précision qui ne peut être obtenue avec les horloges traditionnelles basées sur les mutations de l’ADN.
La recherche apporte un nouvel éclairage sur des questions microévolutives difficiles à résoudre, telles que le calendrier d’introduction des espèces envahissantes et les conséquences des activités humaines depuis l’émergence de l’industrialisation moderne.
« Notre première indication de l’existence d’une horloge épigénétique dans les plantes a été révélée lorsque nous avons étudié comment la méthylation de l’ADN, une modification chimique de la séquence d’ADN à la base de nombreux processus épigénétiques, variait entre de nombreuses branches d’un peuplier vieux de 300 ans », a déclaré Frank Johannes, professeur d’épigénomique végétale à l’Université technique de Munich et co-auteur de l’étude. « Nous avons combiné les données de méthylation de l’ADN avec le diamètre des branches et les données de carottage pour compter les cernes des arbres, ce qui reflète l’âge des branches. Nous n’avons pas pu carotter une branche, mais nous avons estimé avec précision son âge en utilisant uniquement les données de méthylation de l’ADN, ce qui a fourni les premiers indices de l’existence d’une branche. horloge épigénétique chez les plantes.
Les recherches de l’équipe ont montré expérimentalement que les horloges épigénétiques récapitulent les temps de divergence connus des arbres phylogénétiques ou évolutifs intra-espèces chez la plante autofécondante A. thaliana, une petite plante de la famille de la moutarde, et l’herbier clonal Z. marina, qui représentent deux espèces majeures. modes de reproduction des plantes.
« Nous avons renforcé l’existence d’une horloge épigénétique végétale en utilisant diverses populations expérimentales d’évolution d’A. thaliana. avec des pedigrees connus », a déclaré Robert Schmitz, professeur à la Fondation UGA en sciences végétales, Lars G. Ljungdahl chercheur émérite au département de génétique et co-auteur de l’étude.
Ces plantes ont été cultivées par descendance d’une seule graine jusqu’à 32 générations à partir de types sauvages exposés à différents environnements ou à partir de souches naturelles d’origines géographiques distinctes.
« En utilisant les données sur le méthylome de l’ADN de centaines d’individus issus de ces populations, nous avons identifié un sous-ensemble d’épimutations qui ressemblent à une horloge et avons estimé avec précision l’heure du pedigree », a déclaré Zhilin Zhang, doctorant de l’Université technique de Munich et co. -auteur principal de l’étude avec Nan Yao, doctorante au département de génétique de l’UGA Franklin College of Arts and Sciences.
« Nous avons montré que cette horloge épigénétique était plus précise pour dater une population nord-américaine d’A. thaliana récemment divergée, âgée d’environ 140 ans, par rapport à une horloge moléculaire utilisant des mutations de l’ADN des mêmes individus », a déclaré Yao.
« La nouvelle horloge moléculaire proposée nous permettra de résoudre une énigme de longue date », a déclaré Thorsten Reusch, responsable de l’écologie évolutive marine au Centre GEOMAR Helmholtz pour la recherche océanique de Kiel. « À savoir quel âge ont réellement les très gros clones de fougères, de roseaux ou d’herbiers marins. »
L’étude, « Une horloge épigénétique évolutive chez les plantes« , a été publié le 29 septembre.
Plus d’information:
N. Yao et al, Une horloge épigénétique évolutive chez les plantes, Science (2023). DOI : 10.1126/science.adh9443