Cet épi de maïs a été cultivé et analysé par Barbara McClintock, généticienne lauréate du prix Nobel du Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL), il y a des décennies. À partir de ses observations, elle a supposé que des parties du génome du maïs sautaient d’un endroit à un autre, générant une grande diversité génétique – dans ce cas, de nombreuses couleurs de grains différentes. Les chercheurs du CSHL ont élargi ses travaux en séquençant les génomes de plusieurs souches de maïs, cartographiant même les parties mobiles du génome. Crédit : CSHL Bibliothèque & Archives
Les humains s’adaptent à travers la langue et la culture, transmettant les connaissances d’une génération à l’autre. Les plants de maïs ne peuvent pas parler, ils résolvent donc le problème de l’adaptabilité d’une manière différente : ils utilisent des « gènes sauteurs » pour mélanger le paquet génétique au fil des générations. Les gènes sauteurs, maintenant appelés transposons, ont été découverts par la généticienne du Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) lauréate du prix Nobel Barbara McClintock dans les années 1940. Des décennies plus tard, les scientifiques du CSHL continuent de développer son travail. Doreen Ware, professeure adjointe au CSHL et chercheuse scientifique au département américain de l’Agriculture (USDA) et ses collègues, ont publié les séquences du génome de 26 souches différentes de maïs dans le journal Science. Les génomes décrivent une grande partie de la diversité génétique trouvée dans les plants de maïs modernes, y compris les transposons et les gènes qui régulent les traits de culture souhaités.
Doreen Ware, professeure auxiliaire du CSHL et chercheuse de l’USDA, dans un champ de maïs à la ferme Uplands du CSHL. Crédit : Ware lab/CSHL
Le maïs a été sélectionné pour pousser dans divers climats du monde, de tempéré à tropical, et des hautes terres aux basses terres. Ware dit :
« Les humains ont un cerveau. Notre principale composante adaptative est notre capacité à transférer la culture et les connaissances, n’est-ce pas ? Et c’est ainsi que nous gérons notre environnement. La stratégie d’une plante est d’avoir un génome fluide. Ils ont une relation très intime avec ces transposons, où ils les utilisent pour apporter une nouvelle diversité génétique afin qu’ils puissent faire face à ces événements car ils ne peuvent pas s’enfuir. Ils ne vont pas entrer dans la maison, et ils ne vont pas leur apporter de l’eau.
Ware et ses collègues, y compris le professeur CSHL et chercheur HHMI Rob Martienssen et le professeur CSHL W. Richard McCombie, ont cartographié le premier génome du maïs en 2009; depuis, ils comblent les lacunes. Comme un paysage continental, les cartes génomiques ont des zones pleines de caractéristiques (comme des villes bien cartographiées), tandis que d’autres ressemblent davantage à des déserts (vastes et inexplorés). Avec des techniques récentes, l’équipe de scientifiques a cartographié des tronçons difficiles du génome, même les déserts. Ces génomes complets permettent aux chercheurs de localiser et d’étudier à la fois les gènes importants des cultures et les régions voisines qui régulent leur utilisation. Ware note, “nous avions peu accès à l’architecture réglementaire du maïs auparavant.”
La nouvelle collection révèle comment le génome du maïs a été remanié au fil du temps. Ware dit :
« Ces génomes nous fournissent une empreinte de cette histoire de vie. Différentes souches ont connu des environnements différents. Par exemple, certains venaient d’environnements tropicaux, d’autres ont connu des maladies particulières, et toutes ces pressions sélectives laissent une empreinte de cette histoire.
Le maïs est l’un des aliments de base agricoles les plus répandus au monde, avec plus de 366 millions de tonnes métriques cultivées aux États-Unis de 2018 à 2019. Équipés de cartes plus détaillées du génome du maïs, les scientifiques ont une longueur d’avance dans le développement de cultures pour un développement rapide. changement climatique. Ware explique : « Le Midwest n’aura pas le même profil de température dans vingt ans. Les génomes fournissent des informations plus larges sur la génétique du maïs, et cela, à son tour, peut être utilisé pour commencer à optimiser le maïs pour qu’il pousse dans les environnements futurs. »
Référence : « Assemblage de novo, annotation et analyse comparative de 26 génomes de maïs diversifiés » par Matthew B. Hufford, Arun S. Seetharam, Margaret R. Woodhouse, Kapeel M. Chougule, Shujun Ou, Jianing Liu, William A. Ricci, Tingting Guo, Andrew Olson, Yinjie Qiu, Rafael Della Coletta, Silas Tittes, Asher I. Hudson, Alexandre P. Marand, Sharon Wei, Zhenyuan Lu, Bo Wang, Marcela K. Tello-Ruiz, Rebecca D. Piri, Na Wang, Dong a remporté Kim, Yibing Zeng, Christine H. O’Connor, Xianran Li, Amanda M. Gilbert, Erin Baggs, Ksenia V. Krasileva, John L. Portwood II, Ethalinda KS Cannon, Carson M. Andorf, Nancy Manchanda, Samantha J Snodgrass, David E. Hufnagel, Qiuhan Jiang, Sarah Pedersen, Michael L. Syring, David A. Kudrna, Victor Llaca, Kevin Fengler, Robert J. Schmitz, Jeffrey Ross-Ibarra, Jianming Yu, Jonathan I. Gent, Candice N Hirsch, Doreen Ware et R. Kelly Dawe, 6 août 2021, Science.
DOI : 10.1126/science.abg5289
Le projet était un effort multi-institutionnel avec des chercheurs du CSHL, de l’USDA, de l’Université de Géorgie, de l’Iowa State University, de l’Université du Minnesota et de Corteva Agriscience. La nouvelle collection de génomes est disponible en ligne sur http://maize-pangenome.gramene.org/.
