Le gène KINETOCHORE NULL2 (KNL2) joue un rôle majeur dans l’incorporation de l’histone CenH3 dans le centromère des chromosomes et est donc important pour la division cellulaire. Ce même gène est également important pour la production d’haploïdes doubles, avec lesquels la génération de lignées homozygotes pour la sélection végétale peut être considérablement accélérée. Une équipe de recherche internationale dirigée par l’Institut IPK Leibniz a reconstitué l’histoire évolutive du gène et l’a classé pour la première fois. Les résultats viennent d’être publiés dans Biologie moléculaire et évolution.
Dans les organismes vivants, les cellules se divisent et se reproduisent de deux manières, la mitose et la méiose. La mitose aboutit à deux cellules filles identiques, tandis que la méiose aboutit à quatre cellules sexuelles.
Au cours des divisions cellulaires mitotiques et méiotiques, les fibres du fuseau lient les chromosomes via une région spéciale appelée centromère pour séparer les chromatides sœurs. Le centromère est constitué d’ADN centromérique et d’un complexe multiprotéique, le kinétochore.
Le kinétochore assure la ségrégation (distribution) correcte des chromosomes entre les deux cellules filles et maintient ainsi la stabilité du génome dans les organismes eucaryotes.
Chez les plantes, les défauts de la fonction du centromère (kinétochore) entraînent souvent la formation de cellules avec un nombre anormal de chromosomes (poly- et/ou aneuploïdie) conduisant à un développement anormal de la plante. Chez les animaux et les humains, les défauts de la fonction du centromère (kinétochore) entraînent soit l’apoptose et la mort cellulaire, soit l’initiation et la progression du cancer ainsi que divers troubles génétiques.
L’histone CenH3 est essentielle à la formation et au fonctionnement du kinétochore. Il est incorporé au centromère dans un processus en plusieurs étapes qui est largement déterminé par une protéine spécifique, appelée KINETOCHORE NULL2 (KNL2), en plus de plusieurs autres facteurs.
En manipulant KNL2, il a déjà été possible de produire des haploïdes doubles chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Ceci est très important car cela permet de générer des lignées homozygotes en une seule génération au lieu de cinq ou plus, comme c’était généralement le cas dans la sélection conventionnelle.
Pour mieux comprendre l’origine et la diversification du gène KNL2, une équipe internationale de scientifiques dirigée par l’Institut IPK Leibniz a reconstitué son histoire évolutive dans le règne végétal.
« Nos résultats indiquent que le gène KNL2 dans les plantes a subi trois anciennes duplications indépendantes chez les fougères, les graminées et les eudicotylédones », a déclaré le Dr Inna Lermontova, responsable du groupe de recherche Kinetochore Biology à l’IPK. « De plus, nous avons pu montrer que les gènes KNL2 non classés auparavant peuvent être divisés en deux groupes : αKNL2 et βKNL2 chez les eudicotylédones, et γKNL2 et δKNL2 chez les graminées. »
« Nous avons également confirmé que le variant βKNL2 récemment identifié d’Arabidopsis joue un rôle dans la localisation centromérique de CenH3 et dans le contrôle de la division cellulaire comme cela a été démontré pour le variant αKNL2. Nous considérons donc un βKNL2 comme un nouveau candidat pour une utilisation dans l’induction haploïde. approches. »
Dans l’ensemble, l’étude fournit une nouvelle compréhension de la diversification évolutive du gène KNL2 et suggère que les gènes KNL2 dupliqués spécifiques aux plantes ont un impact significatif sur le centromère et le kinétochore et sont donc également impliqués dans le maintien de la stabilité du génome.
Sheng Zuo et al, Recurrent Plant-Specific Duplications of KNL2 and its Conserved Function as a Kinetochore Assembly Factor, Biologie moléculaire et évolution (2022). DOI : 10.1093/molbev/msac123
Fourni par l’Institut Leibniz de génétique végétale et de recherche sur les plantes cultivées