La génomique végétale a parcouru un long chemin depuis que le Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) a contribué au séquençage du premier génome végétal. Mais concevoir la culture parfaite reste, à bien des égards, un jeu de hasard. Réaliser la même mutation d’ADN dans deux plantes différentes ne nous donne pas toujours les caractéristiques de culture souhaitées. La question est pourquoi pas ? Les biologistes végétaux du CSHL viennent de découvrir une raison.
Zachary Lippman, professeur au CSHL et chercheur au HHMI, et son équipe ont découvert que les plants de tomates et d’Arabidopsis thaliana peuvent utiliser des systèmes de régulation très différents pour contrôler exactement le même gène. Incroyablement, ils ont lié ce comportement à des transformations génétiques extrêmes survenues au cours de 125 millions d’années d’évolution.
Les scientifiques ont utilisé l’édition du génome pour créer plus de 70 souches mutantes de plants de tomates et d’Arabidopsis thaliana. Chaque mutation supprimait un morceau d’ADN régulateur autour d’un gène appelé CLV3. Ils ont ensuite analysé l’effet de chaque mutation sur la croissance et le développement des plantes. Lorsque l’ADN contrôlant CLV3 a été trop muté, la croissance des fruits a explosé. Ils ont publié leurs conclusions dans Génétique PLoS.
Danielle Ciren, récemment diplômée de l’École des sciences biologiques du CSHL qui a dirigé cette étude, explique : « CLV3 aide les plantes à se développer normalement. S’il n’était pas allumé au moment précis où il l’est, les plantes auraient un aspect très différent. Tous les fruits serait énorme et pas idéal. Vous devez équilibrer la croissance et le rendement. Si une plante a des tomates géantes mais seulement deux, est-ce aussi bénéfique qu’un rendement inférieur? Il n’y a pas de solution simple. Vous sacrifiez toujours quelque chose lorsque vous essayez pour améliorer quelque chose. »
Pour les tomates, des mutations techniques vers le début mais pas vers la fin du gène CLV3 ont considérablement affecté la taille du fruit. Pour Arabidopsis, les zones autour des deux parties du gène devaient être perturbées. Cela indique que quelque chose s’est produit au cours des 125 derniers millions d’années qui a fait évoluer les plantes différemment. Ce qui s’est passé exactement reste un mystère.
« On ne peut pas remonter à l’ancêtre commun parce qu’ils n’existent plus. Il est donc difficile de dire quel était l’état d’origine et comment les choses ont été mélangées », explique Ciren. « L’explication la plus simple est qu’il existe un élément réglementaire qui a été conservé dans une certaine mesure et qui a été modifié de manière subtile. C’est un peu inattendu. »
Ce qui est sûr, c’est que la régulation génétique n’est pas uniforme entre les espèces végétales. La découverte de ces différences génétiques pourrait contribuer à rendre l’ingénierie du génome des cultures plus prévisible. Et ce serait une grande victoire non seulement pour la science mais aussi pour les agriculteurs et les sélectionneurs de plantes du monde entier.
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Génétique PLoS (2024). DOI : 10.1371/journal.pgen.1011174