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Communiqué de presse.
29/01/2009
Un mécanisme génétique simple pourrait expliquer l’origine des espèces
Comment se créent les barrières de reproduction qui isolent les espèces les unes des autres ? Une étude génétique réalisée par l’équipe d’Olivier Loudet, à l’INRA de Versailles en collaboration avec l’université de Nottingham, révèle un des aspects de leur mise en place dans le génome au cours de l’évolution. Ce travail explique pourquoi certaines descendances de croisements ne sont pas viables chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, et fournit un mécanisme potentiel pour la formation de sous espèces au sein de populations apparemment homogènes. Ces résultats sont publiés dans la revue "SCIENCE" du 30 janvier 2009.
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Spécialisés dans la génétique de la plante modèle Arabidopsis thaliana, les chercheurs ont d’abord constaté que la descendance du croisement entre deux souches naturelles de la plante, Columbia (Col) et Cape Verde Island (Cvi), n’obéissait pas totalement aux lois classiques de l’hérédité de Mendel : certains individus résultant d’une combinaison génétique spécifique des deux génomes parentaux manquaient à l’appel.
Ils ont découvert que ceci correspondait à une incompatibilité entre deux régions chromosomiques, portées par le chromosome 1 de Col et le chromosome 5 de Cvi, qui ne se retrouvaient jamais ensemble à l’état homozygote dans le génome des plantes issues de leur croisement.
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La plante modèle Arabidopsis est incontournable pour la recherche. Sur la photo : Olivier Loudet. (C) Jean Weber, INRA
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Une étude génétique plus poussée leur a permis d’attribuer cette incompatibilité à un seul gène, celui de l’histidinol phosphate aminotransférase (HPA) : celui-ci est porté par le chromosome 1 chez la souche Cvi et est présent en deux copies, sur les chromosomes 1 et 5, chez la souche Col, suite à la duplication et à la translocation d’un fragment du chromosome 1 vers le chromosome 5 chez cette souche. L’inactivation au cours de l’évolution de la copie de HPA présente sur le chromosome 1 de Col a abouti à ce que, au sein de l’espèce Arabidopsis, le gène fonctionnel soit porté par un chromosome différent dans Cvi et Col. Le gène HPA codant pour une enzyme indispensable à la synthèse de l’histidine, un acide aminé essentiel, les embryons de la descendance entre ces deux souches qui héritent à la fois du gène HPA inactif porté par le chromosome 1 de Col et du chromosome 5 de Cvi ne peuvent pas se développer, étant alors dépourvus de gène HPA fonctionnel.
Preuve que l’absence de ce gène est bien la cause de l’incompatibilité chromosomique observée, les chercheurs ont constaté que ces embryons se développaient normalement si les plantes qui les portaient étaient arrosées avec une solution contenant de l’histidine.
« Le fait que la descendance de certains croisements ne soit pas toujours fertile est connu chez presque toutes les familles d’espèces végétales, précise Olivier Loudet. Mais ici, pour la première fois, nous avons mis le doigt sur un mécanisme simple qui l’explique dans une espèce. » La duplication et la dispersion de gènes essentiels au sein du génome, suivies de l’inactivation de certaines copies de ces gènes au cours de l’évolution, pourraient réduire progressivement les possibilités de croisements féconds entre différentes souches et aboutir à terme à leur séparation en espèces distinctes. Ce mécanisme simple et rapide pourrait expliquer en partie l’origine génétique des espèces.
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Olivier Loudet à la recherche de populations sauvages d'Arabidopsis thaliana dans les montagnes du Tien Shan au Kyrgystan en Asie centrale.
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Encadré
La plante modèle Arabidopsis : incontournable pour la recherche
Dans les années 1980, la communauté scientifique internationale a décidé de concentrer ses efforts sur Arabidopsis thaliana, une plante qui possède un petit génome et présente de nombreux avantages liés à sa facilité de culture en laboratoire, sa rapidité de développement et sa prolificité. L’INRA a contribué à l’essor des connaissances sur cette plante par la constitution d’une importante collection de mutants d’Arabidopsis à Versailles, grâce à la mise au point d’une méthode originale, utilisée maintenant dans le monde entier.
Aujourd'hui, l'ensemble du génome d'Arabidopsis est séquencé : la majorité des gènes sont identifiés et localisés et les recherches continuent pour établir la fonction de chacun d'eux. L’étude d’Arabidopsis a permis d’accélérer considérablement l’acquisition de connaissances sur les plantes et elle ouvre de nouvelles perspectives de recherches et d’applications agronomiques. Ces dernières années, les chercheurs ont connu plusieurs succès.
Ils ont contribué à décrypter des fonctions intimes comme les mécanismes de régulation épigénétique de l’expression des gènes, le rôle des hormones végétales, le déroulement de la méiose, la synthèse de la cellulose dans les parois cellulaires, la régulation de la forme des plantes et le développement des organes : feuilles, racines, fleurs ou graines.
Ils ont mis au jour des régulations de voies métaboliques comme celles du soufre, des flavonoïdes et de l’huile des graines ou des mécanismes de résistance des plantes au sel.
Ils ont également découvert des mécanismes de lutte contre les maladies comme la résistance à la maladie virale de la sharka, l’infection des plantes par Salmonella ou la sensibilité des plantes aux piqures de pucerons.
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> Référence :
Divergent Evolution of Duplicate Genes Leads to Genetic Incompatibilities within A. thaliana
SCIENCE – 30/01/09
Auteurs :
David Bikard 1, Dhaval Patel 2, Claire Le Metté 1, Veronica Giorgi 1, Christine Camilleri 1, Malcolm Bennett 2 & Olivier Loudet 1
1.INRA Genetics and Plant Breeding SGAP UR254 F-78026 Versailles, France
2.Division of Plant Sciences, Centre for Plant Integrative Biology, School of Biosciences, University of Nottingham, Sutton Bonington Campus, Loughborough, UK LE12 5RD
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| Rédacteur : |
Service Presse INRA |
Contacts :
> Olivier Loudet
UR254 Génétique et amélioration des plantes
Tél : 06.32.34.77.98 ou 01 30 83 33 16
Olivier.Loudet@versailles.inra.fr
Département : Génétique et amélioration des plantes
Centre INRA Versailles-Grignon
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