Une étude récente du groupe du professeur Chong Kang de l’Institut de botanique de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a révélé un nouveau mécanisme de réparation domestiqué à froid pour les dommages à l’ADN du riz, fournissant des modules d’élite correspondants pour l’amélioration du trait de tolérance au froid chez le riz. riz avec les répétitions de codons sur un seul site.
Les résultats ont été publiés en ligne dans Avancées scientifiques.
Le changement climatique mondial a entraîné une nette augmentation des températures environnementales anormales et des phénomènes météorologiques extrêmes ces dernières années. Ainsi, il est urgent que les cultures aient la capacité de supporter des températures extrêmes afin d’assurer des rendements stables. Bien que les plantes aient développé des mécanismes de protection compliqués et délicats pour survivre au stress de refroidissement, des dommages à l’ADN se produisent toujours, réduisant ainsi les défenses des plantes. En outre, le mécanisme de régulation sous-jacent est largement flou.
Dans cette étude, le groupe du professeur Chong, en coopération avec le groupe du professeur Li Qizhai de l’Académie des mathématiques et des sciences des systèmes de la CAS, et le groupe du professeur Cheng Zhukuan de l’Institut de génétique et de biologie du développement de la CAS, a utilisé une approche qui combine la génétique des populations, la génomique et la biologie cellulaire et évolutive pour exploiter le nouveau module de tolérance au froid.
Les chercheurs ont réalisé des études d’association à l’échelle du génome (DM-GWAS) basées sur la mise à l’échelle multidimensionnelle. Une série de locus ont été identifiés par GWAS en utilisant des données phénotypiques fusionnées. L’un d’eux était qCTS11-1 sur le chromosome 11, ce qui contribue clairement à la tolérance au refroidissement du riz. Son gène majeur, COLD11, a été identifié par cartographie à petite échelle. Selon les chercheurs, les mutations de perte de fonction de COLD11 ont entraîné une réduction de la tolérance au froid.
Différents types de répétitions de codons GCG codant pour l’alanine dans le premier exon de COLD11 ont été observés pour les variétés indica sensibles au froid et les variétés japonica tolérantes au froid. Les nombres de répétitions de codons GCG avaient une corrélation claire et positive avec la tolérance au froid. En outre, l’analyse de l’évolution du génome de germoplasmes de riz représentatifs a suggéré que de nombreuses séquences répétées de GCG ont été soumises à une forte sélection de domestication lors de l’expansion nord de la plantation de riz.
De plus, COLD11 code pour une protéine de réparation de l’ADN qui joue un rôle essentiel dans la réparation des cassures double brin de l’ADN. Le nombre de répétitions de GCG dans son premier exon a montré une corrélation positive avec son activité biochimique. Il s’agit du premier rapport d’un mécanisme de réparation des dommages à l’ADN sélectionné par domestication et de ses modules d’élite correspondants impliquant un stress de refroidissement.
En utilisant DM-GWAS de japonica et indica – deux sous-espèces de riz avec une divergence substantielle dans la tolérance au froid – cette étude révèle que COLD11 est un gène majeur de loci de trait quantitatif pour la tolérance au froid.
La découverte des répétitions de codons clés dans le premier exon de COLD11, confirmée par l’analyse de distribution phylogénétique et géographique, ouvre la voie à une régulation fine de la tolérance au froid du riz avec un site unique. Il s’agit d’un module moléculaire potentiellement utile pour améliorer le caractère de tolérance au froid du riz grâce à la conception moléculaire.
Plus d’information:
Zhitao Li et al, La variation naturelle des répétitions de codons dans COLD11 confère au riz une résilience au refroidissement, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.abq5506. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq5506