Le maïs, également connu sous le nom de maïs, est largement cultivé pour une variété d'utilisations telles que la consommation humaine, le carburant et l'alimentation animale. Démêler l'étonnante diversité du maïs fascine les généticiens depuis des décennies et a permis d'améliorer l'une des principales cultures qui nourrissent le monde. Aujourd'hui, un groupe de scientifiques a ajouté un nouveau chapitre à l'encyclopédie génétique de cette céréale indispensable. Leurs travaux contribueront à améliorer la régénération des plantes transformées, un goulot d'étranglement majeur dans l'avancement de la biotechnologie des cultures.
Les scientifiques se tournent vers la transformation des plantes, l'insertion d'ADN d'autres organismes dans le génome d'une plante, pour étudier un certain gène ou pour créer une culture plus utile pour l'homme. Prenez les maladies, par exemple. Les scientifiques et les producteurs pourraient être intéressés par un maïs résistant à la brûlure des feuilles. Pour cela, ils pourraient introduire des instructions génétiques pour résister à la maladie ainsi que des gènes de Agrobacterium tumefaciens, une sorte d'ingénieur qui intègre les instructions génétiques au génome du maïs. Cette plante résistante est aujourd'hui transformée. Mais comment les scientifiques peuvent-ils s'assurer que le changement génétique est transmis aux nouvelles plantes de la manière la plus économique et la plus rapide ?
Les biologistes utilisent la culture de tissus pour faire repousser un clone de la même plante contenant les modifications génétiques dans un processus appelé régénération. La régénération est difficile à réaliser dans la plupart des lignées de maïs et presque impossible dans la plupart des autres cultures.
C'est là qu'intervient une lignée de maïs à faible rendement appelée A188. Le mois dernier, un groupe de chercheurs publié in Le journal des récoltes un nouveau génome de référence pour A188 qui contient dans son génome des indices qui pourraient aider à améliorer la régénération des plantes dans d'autres variétés de maïs.
A188 est comme le vilain petit canard du maïs : il a de mauvaises caractéristiques agronomiques car il est beaucoup plus court, fleurit plus tôt et a un rendement inférieur à celui des autres variétés. Alors, si A188 n'est pas aussi performante au champ que d'autres variétés plus productives, pourquoi serait-il utile d'annoter son génome ? Ce sont exactement ces différences dramatiques qui rendent A188 précieux à étudier.
"[L]e génome A188 peut ajouter des informations sur la période de floraison, ce qui est important pour la productivité du maïs et la qualité des semences", explique Jiahn-Chou Guan, chercheur sur le maïs à l'Université de Floride. "De plus, l'analyse comparative des séquences du génome peut nous donner de nouvelles informations sur les contrôles de l'architecture des plantes en raison de sa petite taille."
Une autre différence étonnante est que l'A188 est beaucoup plus efficace pour se régénérer ou se régénérer à partir de cellules souches.. Les scientifiques ont découvert que A188 a 91 % de chances de régénérer des plantes à partir de culture tissulaire par rapport à d'autres variétés de recherche populaires : 1.67 % en W22, 6.94 % en Mo17 et 0 % en B73. On ne comprend pas pourquoi ou comment certains génotypes sont plus ou moins efficaces pour se régénérer en culture tissulaire, mais on pense que l'analyse du génome A188 sera utile pour améliorer la capacité de régénération dans d'autres lignées de maïs.
Un autre aspect novateur de cette recherche réside dans la méthodologie. La plupart des techniques de séquençage de l'ADN produisent de courtes « lectures » ou phrases très précises, et d'autres méthodes produisent de longues lectures mais sont sujettes à des erreurs. Cependant, le groupe de chercheurs de l'Institut de recherche sur le maïs de l'Université agricole du Sichuan en Chine et de Berry Genomics Corp. à Pékin, en Chine, a utilisé La plateforme de séquençage de molécules uniques de PacBio au lieu de cela, leur permettant d'avoir le meilleur des deux mondes dans des lectures longues et très précises. Cette nouvelle méthode a augmenté la résolution et la précision par rapport aux génomes de maïs précédemment publiés. Une fois le génome assemblé, les chercheurs ont comparé côte à côte les chromosomes de A188 avec B73, Mo17 et W22, et ont découvert qu'environ 30% des gènes A188 présentaient de grandes variations structurelles ou des changements dans la structure de leurs gènes. Ces changements pourraient être des causes génétiques potentielles qui expliquent les différences physiques de A188 et pourquoi il est tellement meilleur à la régénération que les autres variétés de maïs.
Les chercheurs ont réduit leur analyse à une liste de 10 gènes candidats qui pourraient être responsables de la haute capacité de régénération de l'A188. Ces gènes candidats sont des ressources génétiques précieuses pour améliorer la transformation génétique et la régénération du maïs.
Fait intéressant, la plupart des maïs transgéniques ont une partie de leur ADN provenant de A188 puisque la lignée de maïs la plus populaire utilisée pour la transformation et la régénération est appelée Hi-II, qui est issue d'un croisement avec A188.
"Même après plusieurs rétrocroisements, les transgéniques et les CRISPR porteront quelques du génome A188. Ce sera bien de savoir ce qu'il y a dedans ! déclare Karen E. Koch, chercheuse sur le maïs à l'Université de Floride. « De plus, notre compréhension du comportement du maïs blanc est potentiellement améliorée en en sachant plus sur A188. Le génome est potentiellement utile pour suivre son rôle dans l'amélioration post-domestication du maïs qui impliquait des sélections répétées pour le blanc. vs. grains jaunes par différentes cultures pour différentes raisons ».
Le projet du génome humain ajoute actuellement des génomes de personnes du monde entier pour créer un pangénome de référence plus représentatif de la diversité génétique humaine pour la recherche médicale. De même, le pangénome du maïs sera mieux représentatif de la diversité génétique du maïs avec le nouvel ajout du génome de référence A188 et facilitera beaucoup plus de découvertes.
ARTICLE DE RECHERCHE:
Fei Ge, Jingtao Qu, Peng Liu, Lang Pan, Chaoying Zou, Guangsheng Yuan, Cong Yang, Guangtang Pan, Jianwei Huang, Langlang Ma, Yaou Shen. L'assemblage du génome de la lignée pure de maïs A188 fournit un nouveau génome de référence pour la génomique fonctionnelle. Le journal des récoltes. 2021. https://doi.org/10.1016/j.cj.2021.08.002.
Nadia Mourad Silva est un doctorat. étudiant à l'Université de Floride étudiant la génétique et la physiologie du maïs. Elle travaille actuellement sur la compréhension du métabolisme des sucres dans le noyau. Nadia s'efforce d'apprendre tout au long de sa vie et aime expliquer des concepts complexes de manière à ce que tout le monde puisse les comprendre. Lorsqu'elle n'est pas sur le terrain ou au laboratoire, elle aide à gérer sa pépinière de plantes tropicales avec son partenaire.
Traduction espagnole par Lorena Villanueva Almanza
