La plante Nicotiana benthamiana, de la famille des solanacées, est l’un des modèles expérimentaux les plus utilisés en phytologie. En 2020, un groupe de recherche de l’Université de Nagoya au Japon a rapporté que N. benthamiana pouvait être greffé avec des plantes de différentes familles, démontrant une capacité rare que de nombreux chercheurs pensaient impossible.
Maintenant, le même groupe de recherche a utilisé la technologie de séquençage de nouvelle génération pour décoder tous les gènes du génome du plant de tabac N. benthamiana. Leurs découvertes donnent un aperçu de la façon dont les plantes sont capables d’effectuer ce greffage. Leurs résultats ont été publiés dans Physiologie végétale et cellulaire.
La structure du génome de N. benthamiana a longtemps été un mystère. Son génome complexe a émergé en raison de l’hybridation, ce qui signifie que ses chromosomes sont dérivés de deux espèces de plantes. L’événement d’hybridation s’est produit il y a environ 10 millions d’années entre deux espèces végétales étroitement apparentées: les Sylvestres paternels et les Tomentosae maternels. Pour compliquer davantage les choses, il a continué à évoluer à travers plusieurs événements d’hybridation.
Étant donné que le génome de plantes telles que N. benthamiana est si grand, les chercheurs ont du mal à l’analyser dans son intégralité à l’aide de la technologie actuelle. Par conséquent, pour l’étudier plus efficacement, les scientifiques l’ont découpé en fragments plus petits pour le séquençage, créant ce que l’on appelle une bibliothèque d’ADN. Les séquences courtes obtenues après séquençage de nouvelle génération de bibliothèques d’ADN fragmentées sont appelées lectures. Ces séquences sont ensuite assemblées en utilisant leurs régions qui se chevauchent pour créer des séquences plus grandes, appelées contigs. Étant donné que l’ordre des bases dans les contigs est connu, cette information peut être utilisée pour connecter les contigs afin de créer des séquences plus longues appelées échafaudages.
Bien que des tentatives aient été faites pour analyser le génome de N. benthamiana en le fragmentant en 141 000 échafaudages, sa structure de duplication complexe rend la structure chromosomique peu claire et l’analyse génétique moléculaire difficile. Comme un puzzle, il est plus facile de visualiser l’image d’un puzzle complet composé d’une poignée de pièces que d’un puzzle composé de 141 000 pièces.
« N. benthamiana a une structure génomique complexe. En raison de sa complexité, seules des informations fragmentaires sur l’ADN étaient connues, ce qui constituait un obstacle à la recherche génétique », explique le professeur agrégé Michitaka Notaguchi, auteur principal de l’étude. « Beaucoup de choses étaient inconnues, y compris l’état entre les gènes et les informations de séquence sur les régions régulatrices de l’expression des gènes, posant un obstacle à une analyse génétique plus approfondie. »
Le groupe de recherche dirigé par Kenichi Kurotani, un conférencier spécialement nommé, et Notaguchi au Centre de recherche en biosciences et biotechnologie de l’Université de Nagoya, en collaboration avec le Laboratoire d’information génétique de masse, l’Institut national de génétique et l’Institut de recherche sur l’ADN de Kazusa, a séquencé la majeure partie du génome de N. benthamiana. À l’aide de la dernière technologie de séquençage de nouvelle génération, les chercheurs ont examiné d’aussi près que possible le niveau chromosomique. Cela leur a permis de remonter plus loin que jamais dans l’histoire génétique de l’espèce.
Les chercheurs ont réalisé un séquençage de 95,6% du génome total et ont pu réaliser 1 668 échafaudages, bien moins que les études précédentes, rendant le « puzzle » beaucoup plus facile à construire. Parmi ces échafaudages, 21 des plus grands avaient la taille d’un chromosome entier.
N. benthamiana s’est avéré avoir un mélange complexe de séquences génomiques d’espèces parentales croisées. Les séquences du génome étaient tellement liées qu’il était impossible de les distinguer clairement, indiquant l’origine ancienne de l’hybridation. Ils ont estimé que N. benthamiana et le N. tabacum apparenté se sont probablement détournés il y a 3 à 7 millions d’années.
« Cette recherche a considérablement facilité l’analyse génétique de N. benthamiana en fournissant des informations actualisées sur les séquences des régions régulatrices de l’expression génique, la liaison sur le chromosome et le nombre de gènes. Ces informations faisaient défaut », explique Kurotani.
« Ce décodage du génome facilitera l’application de la technologie d’édition du génome, qui devrait être utilisée dans la recherche sur les plantes à l’avenir. Il devrait accélérer la recherche scientifique sur les plantes ainsi que le développement de méthodes d’utilisation plus efficaces pour N. benthamiana et son unique capacités de greffage. Maintenant que toutes les informations ont été révélées par le séquençage du génome, il est plus facile de traiter N. benthamiana comme un sujet de recherche.
Plus d’information:
Séquençage et analyse du génome de Nicotiana benthamiana, la plante modèle de l’interaction entre organismes, Physiologie végétale et cellulaire (2023).