Plantes en situation de stress : comment le seigle réorganise ses gènes
Des chercheurs de l'Institut Leibniz de génétique végétale et de recherche sur les plantes cultivées (IPK) et de l'Université Martin Luther de Halle-Wittenberg ont acquis de nouvelles connaissances sur les bases génétiques de la reproduction du seigle. Ils ont démontré comment les plantes recombinent leurs gènes et dans quelle mesure ce processus est influencé par des facteurs environnementaux tels que la carence en nutriments. Les résultats ont été publiés dans la revue "New Phytologist".
Les chercheurs ont étudié la base génétique et la plasticité environnementale de la recombinaison méiotique dans une grande population de seigle. Ils ont utilisé plus de 500 plants de seigle, dont certains ont été cultivés dans des conditions normales et d'autres dans des conditions plus difficiles.
ont été cultivés dans des conditions normales et d'autres dans des conditions de carence en nutriments. Le matériel provenait de la banque de gènes fédérale ex situ de l'IPK et de variétés populations disponibles dans le commerce, et toutes les plantes ont été cultivées sur le terrain de l'expérience "Eternal Rye Cultivation" à l'université Martin-Luther de Halle-Wittenberg.
Créée en 1878 par Julius Kühn, cette expérience est toujours en cours aujourd'hui. Différents systèmes de remplacement des nutriments et de l'humus sont comparés dans une longue série d'expériences, allant de l'engrais de ferme et de la fertilisation minérale complète à des zones sans fertilisation. "Cette zone se prêtait particulièrement bien à l'étude, car la carence en éléments nutritifs s'était accumulée sur une très longue période, ce qui la rendait très stable", explique le Dr Steven Dreissig, chef du groupe de recherche indépendant "Plant Reproductive Genetics" (Génétique de la reproduction végétale).
Les chercheurs ont collecté du pollen et séquencé les noyaux cellulaires de plus de 3 000 spermatozoïdes provenant de 584 individus. Leur objectif était de déterminer le nombre de croisements entre les chromosomes parentaux et d'identifier leur position. Pour la première fois, ce processus a pu être étudié directement dans le pollen, c'est-à-dire là où il se produit réellement, et en si grand nombre.
"Nous avons pu montrer que les gènes des plantes se mélangent beaucoup moins lorsqu'il y a une carence en nutriments que lorsque les nutriments sont fournis en quantités suffisantes", explique Christina Wäsch, premier auteur de l'étude. "On peut comparer cela à un jeu de cartes : si les cartes ne sont mélangées qu'à moitié, moins de nouvelles combinaisons sont créées. Mais ce n'est pas tout. L'équipe de recherche a également découvert des différences entre les types de plantes. Alors que le cultivar moderne est resté relativement stable au cours de l'étude, les anciennes variétés et les formes sauvages étaient sensibles au stress, explique Christina Wäsch. "Cela montre que la diversité génétique joue un rôle majeur dans la manière dont les plantes font face aux changements environnementaux.
L'équipe de recherche a également étudié les bases génétiques de la recombinaison. "Dans notre étude, nous avons démontré que le taux de recombinaison n'est pas contrôlé par un seul interrupteur principal, mais plutôt par de nombreuses petites régions génétiques agissant de concert", explique le Dr Steven Dreissig. Plus de 40 allèles et deux gènes candidats sont désormais connus. "Nous connaissons maintenant les zones du chromosome où se trouvent ces nombreux commutateurs génétiques, mais nous ne connaissons souvent pas encore tous les gènes décisifs".
"Néanmoins, notre étude actuelle apporte une contribution importante à notre compréhension de l'architecture génétique et de la plasticité environnementale de la recombinaison méiotique", déclare le Dr Dreissig. "Contrairement aux études précédentes, qui n'ont examiné qu'un seul ou quelques génotypes, nous avons analysé les effets génétiques au sein d'une vaste population génétiquement diversifiée." Le chercheur de l'IPK estime que l'identification des gènes qui contrôlent la recombinaison en situation de stress pourrait constituer un outil de sélection précieux. "Le contrôle ciblé de la recombinaison en situation de stress contribuera à accélérer le développement de nouvelles cultures améliorées, plus résistantes aux conditions environnementales défavorables.
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