Les pionniers de la transcriptomique du paysage étudient les gènes dans la nature

Une équipe interdisciplinaire du Penn State’s College of Agricultural Sciences – dans le cadre d’une initiative visant à mieux comprendre les implications du changement climatique pour la vie animale et végétale et les systèmes agricoles – se concentre sur un domaine d’étude émergent appelé transcriptomique du paysage.

Dans un document d’examen technique invité récemment publié dans Ressources d’écologie moléculairechef d’équipe Jason Keagyprofesseur adjoint de recherche en écologie comportementale de la faune, a expliqué que la transcriptomique du paysage étudie comment les modèles d’expression génique dans les organismes vivants sont liés aux changements de l’environnement – y compris l’habitat, le temps, le climat et les contaminants – ainsi que les effets ultérieurs sur la fonction des plantes et des animaux .

Il a expliqué qu’un transcriptome est le total de toutes les molécules d’ARN exprimées à partir des gènes d’un organisme, essentiellement une collection de toutes les lectures de gènes présentes dans une cellule. En examinant les différences d’expression génique à une échelle plus fine dans des environnements à plus grande échelle, des tendances émergent qui offrent un nouvel aperçu de la façon dont la vie sur Terre s’adapte au changement, a-t-il déclaré.

Nous nous sommes assis avec Keagy pour en savoir plus sur le nouveau domaine complexe.

Q : Qu’est-ce que la transcriptomique du paysage ?

Keagy : La transcriptomique est l’étude de toutes les molécules d’ARN dans un tissu donné à un moment donné. Pourquoi nous soucions-nous de l’ARN ? L’ADN est essentiellement un dispositif de stockage de mémoire. Pour qu’un gène fasse réellement quoi que ce soit, les lettres d’ADN doivent être réécrites en lettres d’ARN, puis traduites en une protéine.

Nous pouvons littéralement lire les lettres d’ARN pour savoir quels gènes sont actifs et à quel point ils le sont. On peut alors se demander : comment la partie active du code ADN est-elle affectée par un facteur de stress environnemental ? C’est là qu’intervient la partie paysage. Typiquement, nous ferions des expériences pour répondre à cette question. Mais certaines choses ne peuvent tout simplement pas être bien étudiées en laboratoire. La nature est désordonnée et comprendre que le désordre est important.

Alors, que se passerait-il si nous prélevions plutôt des échantillons à travers le paysage et demandions comment une variable – température, altitude, ombre – influençait l’expression des gènes, le transcriptome ? Voilà, en un mot, la transcriptomique du paysage.

Q : Que peuvent accomplir les chercheurs en utilisant la transcriptomique du paysage ?

Keagy : Dans l’article que nous venons de publier, nous décrivons trois grands domaines de recherche que nous envisageons d’aborder avec la transcriptomique du paysage : comprendre les voies moléculaires impliquées dans la réponse à l’environnement, générer et tester des hypothèses sur les mécanismes et l’évolution de ces réponses à l’environnement, et l’application de ces connaissances à la conservation et à la gestion des espèces.

Les deux premiers sont importants du point de vue de la compréhension de la façon dont les organismes réagissent à l’environnement, tandis que le troisième est important d’un point de vue plus pratique.

Q : Quelles sont les applications pratiques de cette approche ?

Keagy : Nous envisageons un certain nombre de façons dont la transcriptomique du paysage peut être utilisée pour la conservation et la gestion. Une façon est dans le développement de biomarqueurs. Par exemple, nous pourrions étudier l’omble de fontaine de divers cours d’eau sur une période de temps pour découvrir un ensemble de gènes qui suit de manière fiable le stress thermique. À l’aide de ces informations, nous pourrions identifier les populations à risque et les cibler pour l’habitat ou d’autres mesures d’atténuation.

Nous pourrions également identifier les populations particulièrement résistantes au stress thermique et les utiliser pour la réintroduction ou la migration assistée. Parce que l’expression génique réagit de manière flexible à l’environnement et parce que nous pouvons souvent obtenir des tissus par des moyens non létaux – par exemple, en extrayant un minuscule morceau de branchie – cela pourrait nous permettre de mieux suivre le stress de la population.

Dans un scénario futur potentiel, un technicien effectuant une enquête sur la pêche électrique pour la Pennsylvania Fish and Boat Commission pourrait prendre un petit morceau de branchie, le mettre dans un flacon fourni pour le conserver et l’envoyer à Penn State. Nous serions en mesure de dire à la commission si ce poisson présentait des signes de stress thermique ou d’autres facteurs de stress pour lesquels nous disposions d’informations.

Q : Pourquoi tout le monde n’utilise-t-il pas déjà cette approche ?

Keagy : Le séquençage génomique coûte cher, mais il devient moins cher. Nous soulignons dans notre article qu’il est possible d’obtenir des échantillons séquencés avec certaines technologies à moins de 100 $ par échantillon. Ce prix va probablement continuer à baisser car des séquenceurs de nouvelle génération arrivent sur le marché.

L’approche présente également des défis, tant du point de vue de la conception expérimentale que de l’analyse statistique. Nous en discutons dans le document et proposons quelques suggestions, tout en soulignant que le domaine pourrait bénéficier de plus de travail pour déterminer la meilleure façon de faire une analyse efficace.

L’initiative de transcriptomique du paysage à Penn State, qui comprend Christina Grozinger, professeur d’entomologie Publius Vergilius Maro ; Heather Hines, professeur agrégé de biologie et d’entomologie; et Tyler Wagner, chef d’unité adjoint de l’unité de recherche coopérative sur les poissons et la faune de l’USGS et professeur adjoint d’écologie des pêches, a reçu une subvention de niveau I du programme de réseaux et d’initiatives stratégiques du Collège des sciences agricoles.