Des scientifiques découvrent les secrets de l'ADN pour améliorer les caractéristiques des cultures de maïs
Cette découverte pourrait permettre aux scientifiques d'utiliser de nouvelles technologies pour améliorer le maïs et le rendre plus résistant et plus productif
Une équipe comprenant des scientifiques de la Rutgers University-New Brunswick a percé certains des secrets de l'ADN du maïs, révélant comment des sections spécifiques du matériel génétique contrôlent des caractéristiques vitales telles que l'architecture de la plante et la résistance aux parasites. Cette découverte pourrait permettre aux scientifiques d'utiliser de nouvelles technologies pour améliorer le maïs et le rendre plus résistant et plus productif.
Dans un rapport publié dans la revue scientifique Nature Plants, les chercheurs décrivent la découverte de l'endroit où certaines protéines appelées facteurs de transcription s'attachent à l'ADN des plants de maïs et comment cette fixation modifie la façon dont les gènes sont activés ou désactivés dans un tissu particulier. Ils ont examiné deux lignées de maïs et ont trouvé de grandes différences à ces endroits de la séquence d'ADN, ce qui, selon eux, pourrait expliquer pourquoi les plantes ont un aspect et un comportement différents.
"Dans ce travail, nous avons découvert où les facteurs de transcription se lient dans le génome et influencent donc l'expression des gènes du maïs", a déclaré Andrea Gallavotti, professeur à l'Institut Waksman de microbiologie et l'un des auteurs de l'étude. "Il est important de noter que nous avons effectué cette analyse sur deux lignées distinctes de maïs qui diffèrent par de nombreux traits, notamment la résistance aux maladies et l'architecture.
En Amérique du Nord, les termes "maïs" et "maize" désignent la même céréale. Cependant, le terme "maïs" est plus reconnu au niveau international et préféré par les scientifiques, a déclaré M. Gallavotti, également professeur au département de biologie végétale de l'école des sciences environnementales et biologiques de Rutgers.
Le maïs touche à de nombreux aspects de la vie quotidienne dans le monde entier. C'est un aliment de base pour de nombreuses cultures dans le monde et il est riche en hydrates de carbone, en fibres, en vitamines et en minéraux. Il a également des applications industrielles majeures : il est utilisé comme aliment pour le bétail, pour la production de plastiques biodégradables, d'adhésifs et de textiles, et pour produire de l'éthanol.
La recherche est le fruit d'une collaboration entre les scientifiques de Rutgers et de l'université de New York, dirigés par Shao-shan Carol Huang, et d'autres institutions, qui s'attachent à étudier le génome du maïs, extrêmement complexe et volumineux. Ce partenariat a permis de mieux comprendre ce qui régit le moment et l'endroit où les gènes sont activés et désactivés dans le maïs, a déclaré M. Gallavotti.
L'équipe a commencé par chercher à mieux comprendre comment les facteurs de transcription modulent les gènes du maïs, en ajustant, régulant ou contrôlant leur niveau d'activité. En passant au crible de grandes quantités de données bioinformatiques, ils ont créé une carte des sites de liaison des facteurs de transcription dans le génome du maïs. Les facteurs de transcription se fixent sur des parties particulières de l'ADN de la plante de maïs, appelées régions cis-régulatrices.
Une fois que les chercheurs ont disposé de ces informations, ils ont pu comparer ces sites de liaison entre différentes lignées de maïs afin de comprendre les variations. L'équipe a comparé deux types de plants de maïs, B73 et Mo17, dans le cadre de l'étude.
"Nous avons constaté qu'il y a de grandes différences dans l'endroit où les facteurs de transcription se lient et dans l'organisation de ces régions cis-régulatrices dans les deux types de maïs", a déclaré M. Gallavotti. "Ces différences affectent l'expression des gènes et les caractères qui en résultent sont une source importante de variation dans le maïs.
À l'aide d'un outil biologique extrêmement précis appelé CRISPR-Cas9, l'équipe a modifié certaines de ces régions d'ADN et a étudié les effets des changements sur la plante, notamment sur un gène régulant la résistance aux vers de l'épi.
CRISPR signifie "clustered regularly interspaced short palindromic repeats" (répétitions palindromiques courtes et régulièrement espacées). Il s'agit d'un mécanisme de défense naturel des bactéries, utilisé pour se protéger des virus. Les scientifiques ont adapté ce système pour l'utiliser dans l'édition de gènes.
Le système comprend deux éléments clés. L'ARN CRISPR est une molécule qui guide le système vers la séquence d'ADN spécifique à modifier. Cas9 est une enzyme ou une protéine qui agit comme des ciseaux moléculaires pour couper l'ADN à l'endroit ciblé.
"La variation de ces régions cis-régulatrices a été cruciale pour la domestication et l'amélioration de nombreuses cultures", a déclaré M. Gallavotti. "Aujourd'hui, des technologies telles que CRISPR-Cas9 nous permettent d'introduire des changements dans certains caractères, et les régions cis-régulatrices sont des cibles importantes pour ces changements."
Jusqu'à présent, le défi pour les scientifiques consistait à déterminer ce qu'il fallait cibler.
"Notre analyse permet de cartographier et d'étudier ces régions, qui peuvent être utilisées pour améliorer les espèces cultivées", a déclaré M. Gallavotti. "Nous espérons que cette ressource pourra être utilisée pour cibler des régions particulières pour n'importe quel caractère. Il peut s'agir de la résistance au stress, de la résistance aux parasites ou de la modification de l'architecture d'une plante.
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Publication originale
Mary Galli, Zongliang Chen, Tara Ghandour, Amina Chaudhry, Jason Gregory, Fan Feng, Miaomiao Li, Nathaniel Schleif, Xuan Zhang, Yinxin Dong, Gaoyuan Song, Justin W. Walley, George Chuck, Clinton Whipple, Heidi F. Kaeppler, Shao-shan Carol Huang, Andrea Gallavotti; "Transcription factor binding divergence drives transcriptional and phenotypic variation in maize"; Nature Plants, Volume 11, 2025-6-12
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