La sélection des cultures est largement limitée par des compromis entre différents caractères agronomiques. Étant donné que bon nombre de ces compromis sont causés par la pléiotropie génétique, la réduction de la pléiotropie génétique peut faciliter la résolution de ces compromis dans la sélection végétale. Cependant, peu de stratégies efficaces ont encore été développées.
Dans une étude récemment publiée dans Biotechnologie naturelle, des chercheurs du groupe de Li Jiayang à l’Institut de génétique et de biologie du développement de l’Académie chinoise des sciences ont utilisé la suppression de pavage pour modifier la région cis-régulatrice du gène pléiotropique du riz Ideal Plant Architecture 1 (IPA1). Ce faisant, ils ont surmonté le compromis entre les caractéristiques des composants du rendement du riz, fournissant une stratégie efficace pour surmonter le goulot d’étranglement des rendements du riz.
IPA1, identifié par le groupe de Li, est un régulateur dominant de l’architecture des plantes chez le riz. Il code un facteur de transcription spécifique à la plante, régule divers aspects de la croissance et du développement du riz et joue un rôle important dans la résistance aux maladies et l’adaptabilité environnementale.
Les allèles de gain de fonction d’IPA1 conduisent à peu de talles improductives, plus de grains par panicule, des chaumes plus forts, des racines robustes et donc une augmentation conséquente du rendement en grain. En conséquence, ils ont été largement utilisés dans la sélection du riz. Cependant, IPA1 est un gène pléiotrope typique qui augmente les grains par panicule mais réduit les talles.
Pour surmonter le compromis entre la taille de la panicule et la talle, les chercheurs ont modifié la région cis-régulatrice d’IPA1 pour réguler son niveau d’expression dans les jeunes panicules, les bases des tiges et d’autres tissus, afin de réguler spécifiquement différents traits. Cependant, en raison des limitations des méthodes techniques précédentes, la fonction de la région cis-régulatrice des cultures était largement inconnue.
Ils ont ensuite effectué un dépistage CRISPR/Cas9 basé sur la délétion de carrelage pour la région cis-régulatrice souhaitée d’IPA1. À partir de la bibliothèque d’édition du génome, les chercheurs ont identifié IPA1-Pro10, une lignée qui abrite une délétion de la région cis-régulatrice de 54 pb qui peut simultanément augmenter le nombre de talles et le nombre de grains par panicule.
IPA1-Pro10 a montré des panicules élargies, une augmentation des talles et de la hauteur des plantes, des tiges et des racines plus épaisses, et son rendement a augmenté de 15,9 % dans les rizières.
De plus, les scientifiques ont étudié plus en détail le mécanisme moléculaire de l’élément cis IPA1 pour réguler les traits de la panicule et ont découvert que An-1, un facteur de transcription clé pour la domestication, peut se lier au motif GCGCGTGT dans la région de régulation cis de 54 pb et réguler spécifiquement l’expression d’IPA1 dans les jeunes panicules, qui à son tour régule spécifiquement les traits de la panicule.
Cette étude fournit une méthode réalisable pour surmonter les compromis entre les caractères agronomiques. Il fournit également de nouvelles ressources génétiques pour surmonter les goulots d’étranglement du rendement du riz. Pour ces raisons, cette étude représente un progrès important dans ce domaine.
À l’avenir, l’élucidation systématique des régions cis-régulatrices des gènes centraux fournira de nouveaux mécanismes moléculaires et de nouvelles ressources génétiques pour surmonter les goulots d’étranglement dans la sélection des cultures.
Hong Yu, Le ciblage d’un élément régulateur du gène améliore le rendement en grains de riz en découplant le nombre et la taille de la panicule, Biotechnologie naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41587-022-01281-7. www.nature.com/articles/s41587-022-01281-7