Les chercheurs de l’Iowa State University ont peut-être résolu un défi de longue date associé au développement accéléré de lignées génétiques pures.
L’utilisation de la génétique « haploïde doublée » (DH) est devenue l’une des technologies de base qui sous-tendent la sélection moderne du maïs. Cependant, la technologie DH présente des défis, ainsi que des avantages. Premièrement, cela nécessite la création de plantes « haploïdes » qui ne portent qu’un seul génome maternel. Le génome unique de la plante haploïde est ensuite doublé par un processus chimique qui accélère le développement de lignées consanguines génétiquement pures.
L’un des principaux goulots d’étranglement de la technologie DH est que les fleurs mâles haploïdes sont généralement stériles. Ce problème nécessite d’exposer les semis à la colchicine chimique toxique qui stimule le doublement du génome et rend la fertilité aux fleurs mâles. Le processus est laborieux et coûteux.
Une recherche publiée récemment dans Plantes naturelles partage la nouvelle d’une mutation que les scientifiques ont découverte et qui restaure la fertilité masculine chez les haploïdes sans utiliser de colchicine. Les travaux ont été menés par Siddique I. Aboobucker, chercheur en agronomie, avec Thomas Lübberstedt, titulaire de la chaire Frey en agronomie et directeur du Raymond F. Baker Center for Plant Breeding, et ancien étudiant diplômé en agronomie Liming Zhou.
Ils ont démontré que l’exploitation de mutations qui modifient le positionnement du mécanisme du fuseau pendant la phase de reproduction de la plante connue sous le nom de méiose peut restaurer la fertilité mâle des plantes haploïdes.
Le mécanisme de la broche aide à maintenir la division cellulaire sur la bonne voie. Au cours de la méiose normale, chez les plantes « diploïdes » régulières qui contiennent deux ensembles de chromosomes, les fuseaux sont disposés en paires perpendiculaires qui s’alignent facilement. Chez les plantes haploïdes, les chromosomes sont inégalement répartis lors de la division cellulaire, ce qui entraîne des taux élevés d’infertilité lors des phases suivantes de la reproduction.
Pour résoudre ce problème, Aboobucker a eu une inspiration qui, selon l’équipe, valait la peine d’être étudiée. Ils ont émis l’hypothèse qu’un ensemble d’anomalies génétiques des plantes connues sous le nom de mutants à fuseaux parallèles ou « mutants ps » qui changent les fuseaux en position parallèle au lieu de perpendiculaire pendant la méiose pourraient améliorer la fertilité masculine chez les haploïdes. Ils ont testé l’idée sur Arabidopsis thaliana, une plante de recherche modèle souvent utilisée comme précurseur pour travailler sur le maïs et plusieurs autres espèces cultivées.
Cela a fonctionné – les plantes mutantes haploïdes ont poussé et la plupart étaient fertiles. Les résultats soutiennent leur idée que l’alignement inégal des fibres de fuseau pendant une phase critique de la méiose chez les mâles haploïdes peut être surmonté en exploitant la tendance des mutants à provoquer une formation de fuseau plus horizontale.
« L’utilisation de cette mutation pour surmonter le problème de fertilité mâle chez les plantes haploïdes est très prometteuse pour surmonter les protocoles gourmands en ressources actuellement en place pour les méthodes artificielles (chimiques) de doublement du génome pour obtenir des lignées DH », a déclaré Lübberstedt.
Il attribue l’essentiel du crédit à Aboobucker, qui a dirigé le projet pour trouver une solution à ce casse-tête de longue date de l’infertilité haploïde masculine.
« Je commence à réaliser que c’est un gros problème », a déclaré Aboobucker. « Les réponses de collègues du monde entier depuis la publication de notre article le mois dernier ont été un peu accablantes. »
Lübberstedt et Aboobucker pensent que les mutations bénéfiques qu’ils ont identifiées peuvent être appliquées, avec quelques modifications, au maïs et à d’autres cultures. L’exploration de ce potentiel est l’un des prochains projets à leur horizon.
Plus d’information:
Siddique I. Aboobucker et al, la fertilité masculine haploïde est restaurée par des gènes de fuseau parallèle chez Arabidopsis thaliana, Plantes naturelles (2023). DOI : 10.1038/s41477-022-01332-6