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Décryptage de la première plante à fleurs

En comparant la séquence d’ADN de plus de 35 génomes de plantes, les chercheurs de l’Inra ont reconstruit le génome ancestral de la première plante à fleurs, constitué de 15 chromosomes porteurs de plus de 20 000 gènes et datant de 214 millions d’années, une origine plus ancienne que celle supposée par les plus vieux fossiles de plantes connus à ce jour.

L’apparition de copies surnuméraires de gènes ancestraux ainsi que la réorganisation des chromosomes ancestraux, au cours de l’évolution, a induit une plasticité génomique à l’origine de nouvelles espèces végétales ainsi qu’à leur adaptation à l’environnement changeant. Publiés dans Nature Genetics, ces travaux visent in fine à améliorer, chez des espèces aux génomes complexes, des caractéristiques agronomiques telles que le rendement, la qualité ou la tolérance au stress.

Les plantes constituent la composante fondamentale de notre environnement et génèrent l’essentiel de la biomasse présente à la surface de la terre. La masse de données génomiques acquises ces 20 dernières années a permis d’améliorer considérablement la compréhension de l’organisation et de la régulation des génomes des plantes à fleurs. Ces dernières, appelées aussi angiospermes, sont constituées de deux grandes familles, les monocotylédones (céréales) et les dicotylédones (légumineuses, crucifères, arbres fruitiers…).

Dans le cadre de cette étude, les chercheurs de l’Inra ont analysé 37 génomes de plantes : riz, maïs, sorgho, brome, vigne, arabette, peuplier, papaye,  soja, pêcher, pommier… Ces différents génomes ont des structures très diverses, de 20 000 à 40 000 gènes, un nombre de chromosomes allant de 5 à plus de 20, des tailles de quelques centaines à plusieurs milliers de mégabases… Toutes ces espèces dérivent d’une espèce ancestrale commune, mais quelle est la structure du génome fondateur et permet-il d’élucider les mécanismes qui ont participé à une telle diversité de génomes modernes ?

Les chercheurs de l’Inra ont modélisé le génome de l’ancêtre disparu (on parle de paléogénomique) des plantes à fleurs et ont montré qu’elles dérivent d’un ancêtre constitué de 15 chromosomes porteurs de plus de 20 000 gènes fondateurs communs à toutes les espèces. Ces gènes fondateurs codent pour des fonctions biologiques de ‘base’ (notamment impliquées dans le développement et l’architecture de la plante). Il existe aussi des gènes spécifiques de chaque espèce qui sont engagés dans des fonctions plus ‘spécialisées’ (c’est-à-dire la régulation de processus biologiques complexes).

Au cours de l’évolution, les chromosomes ancestraux ont été remaniés et ont fusionné entre eux pour donner naissance à de nouvelles espèces aux génomes distincts. Ainsi, les génomes de plantes modernes apparaissent comme une mosaïque de chromosomes ancestraux réarrangés. Toutefois, les espèces, mais aussi les gènes ou même les chromosomes d’une même espèce, n’ont pas évolué à la même vitesse, de telle sorte que des compartiments génomiques de certaines espèces apparaissent plus stables que d’autres au cours du temps.

ces travaux  permettent d’identifier avec précision les régions qui portent des gènes ayant une origine commune au sein par exemple des génomes de riz, maïs, sorgho, blé, brome, vigne, arabette, peuplier, papaye, luzerne, soja, pommier... Les informations connues sur la fonction biologique des gènes chez une de ces espèces permettent d’interpréter plus facilement la fonction de ces mêmes gènes chez les autres espèces apparentées.

On peut donc rechercher de façon plus efficace les gènes impliqués dans les caractères d’intérêt agronomique chez une espèce et d’en étudier la fonction potentielle chez les autres espèces facilitant ainsi l’amélioration variétale.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

INRA

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