Organismes modèles : définition, caractéristiques et exemples

Le terme organisme modèle définit un espèce utilisée en laboratoire étudier les processus biologiques en supposant que de nouvelles découvertes dans un système simple peuvent fournir des informations sur des mécanismes similaires dans d'autres organismes complexes. Cette attente est basée sur le principe évolutif selon lequel tous les organismes vivants proviennent d'un ancêtre commun et partagent des caractéristiques conservées qui rendent la vie possible.

Le célèbre naturaliste Charles Darwin esquissé un imaginaire Arbre de la vie représenter graphiquement sa théorie de l'évolution - toutes les espèces existantes dérivent de quelques organismes primordiaux et ont évolué au fil du temps grâce à la variation aléatoire et à la sélection naturelle. Un siècle après la sortie du livre révolutionnaire «De l'origine des espèces au moyen de la sélection naturelle", des études génétiques modernes ont trouvé des preuves de croisements et de transferts de gènes entre espèces au cours de l'évolution dans le temps et dans l'espace, soutenant ainsi un réseau de vie plutôt qu'un arbre. Bien que le concept de Dernier ancêtre commun universel (LUCA) – une forme de vie dotée de mécanismes complexes pour convertir les informations codées dans l'ADN en ARN et en protéines (c'est-à-dire la transcription et la traduction) – qui a donné naissance à la grande diversité de la vie sur terre est toujours valable.

Néanmoins, différentes lignées à travers l'Arbre de Vie ont également diversifié plusieurs modèles de développement et voies métaboliques au cours de millions d'années d'évolution.

Les bons modèles expérimentaux partagent les caractéristiques suivantes :

• facilité de manipulation en laboratoire (pour réaliser des expériences efficacement)
• petite taille (pour faire pousser plus d'individus dans un espace réduit)
• cycle de vie court (pour étudier plus de générations en peu de temps)
• taux de fécondité élevés (pour produire un grand nombre de descendants pour des analyses ultérieures)

En sciences de la vie, la bactérie Escherichia coli (naturellement présent dans le tube digestif humain) et la levure bourgeonnante Saccharomyces cerevisiae (utilisés dans la préparation du pain, de la bière et du vin depuis l'Antiquité) font partie des systèmes modèles les plus couramment utilisés pour la recherche, avec les espèces modèles animales Drosophila melanogaster (mouche des fruits), Cavia porcellus (cobaye) et Mus musculus (souris).

Arabidopsis thaliana: Le Top Modèle de la Recherche en Biologie Végétale

Au début du 20^th siècle, les botanistes ont commencé à utiliser la plante à fleurs Arabidopsis thaliana (mieux connu sous le nom de cresson alénois ou l'arabette des dames) dans leurs expériences en laboratoire. Sa petite taille en fait un outil précieux pour la recherche végétale : Arabidopsis atteint une hauteur moyenne de 20-25 cm à maturité, permettant aux scientifiques de faire pousser plusieurs individus dans un espace réduit (des centaines de plantes en chambre de culture et des milliers en serre). En outre, Arabidopsis est une plante annuelle avec un cycle de vie court : il ne faut que 6 semaines de la germination des graines à la maturation des graines dans des conditions inductives (Journées Longues, 20-24 C). Par conséquent, plusieurs générations peuvent être cultivées en moins d'un an.

Un autre avantage repose sur son mode de reproduction sexuée : les fleurs s'autopollinisent naturellement, et chaque fruit (appelé silique) peut contenir jusqu'à 60 graines. Étant donné que chaque plante abrite plusieurs siliques, les individus produisent un grand nombre de frères et sœurs - utiles pour étudier la ségrégation des caractéristiques des plantes. Les graines sont super petites (250 -500 μm de diamètre) : bien qu'elles soient difficiles à manipuler, leur petite taille facilite le stockage de grandes populations, rendant Arabidopsis un excellent système pour étudier la variation génétique et phénotypique.

Depuis les 1980, Arabidopsis a été adopté comme modèle populaire dans le monde entier pour différents domaines de la recherche sur les plantes (par exemple, les études de génétique du développement et des populations, la biologie cellulaire et moléculaire, la génomique évolutive, etc.) également parce qu'il se prête à la transformation génétique et est devenu le premier génome végétal à être séquencé (2000). De plus, les immenses collections de matériel biologique (mutants, accessions) et le nombre croissant de Ensembles de données OMICS sont accessibles au public pour le communauté scientifique.

Découvertes cruciales à Arabidopsis

Au cours des dernières décennies, l'utilisation de Arabidopsis a amélioré notre compréhension des processus biologiques et physiologiques importants tels que interactions plantes-pathogènes, détection de la lumière, et de la Horloge circadienne. En outre, Arabidopsis a joué un rôle déterminant pour disséquer les voies génétiques sous-jacentes à la formation d'organes végétaux tels que les racines, les feuilles et les fleurs. Par exemple, des études moléculaires de plantes mutantes ont favorisé la conceptualisation du célèbre Modèle ABC de la formation des fleurs ce qui explique l'interaction entre les facteurs de régulation impliqués dans le développement des structures reproductives (4 sépales, 4 pétales, 6 étamines, 2 carpelles fusionnés).

Un membre précieux de la famille des Brassicacées

Arabidopsis est une mauvaise herbe à large répartition géographique qui pousse également le long des routes. Bien qu'il ne s'agisse pas d'une espèce pertinente pour l'agriculture, il appartient à la famille de la moutarde qui comprend des plantes agronomiquement importantes de la brassicacées genre comme Brassica napus (colza), rasage des crucifères (navet) et diverses cultures de choux (chou, brocoli, chou-fleur, chou de Bruxelles). Comme exemple de recherche appliquée, les découvertes dans Arabidopsis ont soutenu la compréhension du développement de l'inflorescence dans des cultures comestibles plus complexes telles que Brocoli romanesco.

Liens suggérés

TAIR – Page d'accueil (arabidopsis.org)

Le modèle ABC du développement floral (cell.com)

formes fractales de chou-fleur résultent de perturbations des réseaux de gènes floraux | Science

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