Lorsque les généticiens des plantes trouvent un gène qui améliore le rendement des cultures, ils veulent essayer d’insérer cette même modification dans d’autres cultures. Mais Zachary Lippman, professeur au Cold Spring Harbor Laboratory et chercheur au HHMI, prévient qu’il ne suffit pas de savoir ce que fait un seul gène. Il a découvert qu’il est utile de savoir quels autres gènes étroitement liés peuvent se cacher dans le génome et bloquer l’amélioration espérée.
Dans une recherche rapportée dans Nature PlantsLippman, son ancien post-doctorant Cao Xu (aujourd’hui à l’Académie chinoise des sciences à Pékin) et ses collègues démontrent comment les gènes dupliqués dans les génomes végétaux compliquent les plans des développeurs de cultures. Les duplications de gènes sont courantes chez les plantes. Beaucoup servent de “copies de secours” du gène original. Mais sur la base des résultats surprenants de son équipe, Lippman affirme que le fait de disposer d’un excellent candidat pour l’édition de gènes ne suffit pas à prédire le résultat des changements prévus. “Le manque de prévisibilité dans le contexte d’un gène dupliqué doit vraiment être un révélateur pour la conception des améliorations des cultures.”
La modification du gène d’une plante peut augmenter les caractéristiques souhaitables, mais la modification du même gène dans un autre type de plante peut ne pas donner le même résultat. Un plant de tabac présentant une mutation dans le gène clv3 produit des tiges, des branches et des tissus floraux plus grands et plus nombreux. Les chercheurs du CSHL ont découvert que la même mutation dans des plantes apparentées dans l’évolution produit des effets différents. Crédit : Choon-Tak Kwon/Lippman lab/CSHL, 2022
Le groupe a étudié le gène clv3. Ce gène produit une protéine qui limite la croissance des tissus végétaux en développement. Les mutations de clv3 ont permis d’augmenter les rendements de nombreuses plantes domestiques. Chez les tomates, par exemple, les mutations dans le gène clv3 sont associées à des fruits plus gros avec plus de sections de graines. L’équipe de Lippman a introduit des mutations équivalentes dans l’espèce . clv3 dans des plants de tomate, de tabac, de cerise de terre et de pétunia. Ces quatre plantes sont membres de la famille Solanaceae famille, également connue sous le nom de morelles noires. Lippman et ses collègues s’attendaient à voir des résultats similaires mais ce qu’ils ont trouvé était intriguant.
Chez le tabac, les effets ont été spectaculaires, doublant la taille de certaines régions de croissance. Ce changement était dû à la perte par la plante de l’hormone de croissance. clv3 gène de secours. Chez la tomate, le gène dupliqué tamponne partiellement clv3 les mutations, de sorte que les effets ont été plus modérés. Chez le cerisier de terre et le pétunia, la mutation de clv3 a eu peu d’effet. Les deux plantes avaient clv3-qui ont compensé les changements apportés par les chercheurs aux gènes clv3.clv3 gène.
Pour Lippman, la leçon à tirer est que l’optimisation des cultures par l’édition du génome peut nécessiter un inventaire des gènes dupliqués. Les développeurs de cultures doivent comprendre comment les gènes importants ont été dupliqués, supprimés et modifiés au cours de l’évolution. Cela permet aux scientifiques de développer des améliorations plus prévisibles des cultures.
Crédit : “Evolution dynamique de la compensation des petits peptides de signalisation dans le contrôle des cellules souches végétales” 28 mars 2022,Nature Plants.
DOI: 10.1038/s41477-022-01118-w
