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Mutations génétiques chez les plantes

Mutations génétiques chez les plantes


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J'essaie de planter des arbres qui sont généralement originaires de climats plus froids dans un climat subtropical, est-il possible que si je plante ces 20 arbres en hiver, ils deviendront un arbre, en raison d'une mutation génétique aléatoire, compte tenu de tous les nutriments tout lui est fourni?

L'arbre en question est Deodar


Je pense que la survie potentielle de vos semis pourrait être attribuée plus probablement à vos soins et à votre gestion qu'à des mutations génétiques aléatoires. Alors que, bien sûr, les mutations de l'ADN se produisent pendant la réplication cellulaire, l'évolution à l'échelle de la plante entière se produit principalement au cours des générations, et non de la durée de vie d'une seule plante. Vous pourrez peut-être faire prospérer ces arbres dans votre environnement avec un peu de soin et d'amour, bien qu'ils ne poussent peut-être pas aussi vigoureusement. Voici un lien vers un site Web de jardinage avec des conseils sur la culture de cèdres dans un jardin familial, bien que je sois d'accord avec le commentateur que vous obtiendrez une bien meilleure aide à l'échange de jardinage et d'aménagement paysager !

Bonne chance dans vos projets horticoles!


Les mutations cachées de l'ADN de la tomate révélées dans une étude génétique de 100 variétés

Après des siècles de sélection, les tomates prennent maintenant toutes sortes de formes et de tailles, allant de la cerise aux gros fruits du patrimoine. Les scientifiques tentent de comprendre au niveau des gènes comment et pourquoi ces changements physiques se manifestent. Crédit : Lippman Lab/CSHL/HHMI

Les appétits humains ont transformé la tomate – l'ADN et tout. Après des siècles d'élevage, ce qui était autrefois une baie d'Amérique du Sud à peu près de la taille d'un pois prend maintenant toutes sortes de formes et de tailles, de la cerise au gros fruit ancien.

Aujourd'hui, les scientifiques découvrent comment ces changements physiques se manifestent au niveau des gènes – des travaux qui pourraient guider les efforts modernes pour peaufiner la tomate, explique Zachary Lippman, chercheur au Howard Hughes Medical Institute.

Lui et ses collègues ont maintenant identifié des mutations cachées longtemps cachées dans les génomes de 100 types de tomates, y compris une plante sauvage à baies orange des îles Galapagos et des variétés généralement transformées en ketchup et en sauce.

Leur analyse, décrite le 17 juin 2020, dans la revue Cellule, est l'évaluation la plus complète de ces mutations - qui altèrent de longues sections d'ADN - pour n'importe quelle plante. La recherche pourrait conduire à la création de nouvelles variétés de tomates et à l'amélioration de celles existantes, dit Lippman. Une poignée des mutations identifiées par son équipe modifient des caractéristiques clés, telles que la saveur et le poids, ont montré les chercheurs.

Des études antérieures ont montré depuis longtemps que ces mutations existent dans les génomes des plantes, explique Lippman, généticien des plantes au Cold Spring Harbor Laboratory. "Mais jusqu'à présent, nous n'avions pas de moyen efficace de les trouver et d'étudier leur impact", dit-il.

Une fenêtre sur le génome

Des mutations, ou des changements, dans les quatre types de lettres d'ADN transportées dans les cellules d'un organisme peuvent modifier ses caractéristiques physiques. Les scientifiques qui étudient les plantes se sont généralement concentrés sur un petit type de mutation traitable, dans lequel une lettre d'ADN est échangée contre une autre.

Les mutations étudiées par l'équipe de Lippman sont beaucoup plus importantes - elles modifient la structure de l'ADN en copiant, supprimant, insérant ou déplaçant de longues sections d'ADN ailleurs dans le génome. Ces mutations, également appelées variations structurelles, se produisent dans tout le monde vivant. Des études chez l'homme, par exemple, ont lié ces variations à des troubles tels que la schizophrénie et l'autisme.

Les chercheurs ont montré que la variation structurelle, dans ce cas le nombre de copies d'un gène, peut altérer les fruits. Les plantes avec trois copies de gènes (à gauche) ont produit des fruits 30 pour cent plus gros que ceux avec une (à droite). Crédit : M. Alonge et al./Cell 2020

Les scientifiques peuvent identifier les mutations en lisant les lettres de l'ADN à l'aide d'une technique connue sous le nom de séquençage génétique. Cependant, les limites de cette technologie ont rendu difficile le décodage de longues sections d'ADN, explique Lippman. Les chercheurs n'ont donc pas été en mesure de saisir une image complète des mutations structurelles du génome.

Même ainsi, les phytogénéticiens ont soupçonné que ces mutations contribuent de manière significative aux traits des plantes, explique Michael Purugganan, qui étudie le riz et les palmiers dattiers à l'Université de New York et n'a pas participé à la nouvelle étude. « C'est pourquoi cet article est si passionnant », dit-il. L'équipe de Lippman a non seulement trouvé ces mutations dans la tomate et ses parents sauvages, mais a également déterminé leur fonctionnement dans les plantes, dit-il.

Guide des futures tomates

La nouvelle étude, une collaboration avec Michael Schatz de l'Université Johns Hopkins et d'autres, a identifié plus de 200 000 mutations structurelles chez les tomates à l'aide d'une technique appelée séquençage à longue lecture. Lippman compare cela à regarder à travers une fenêtre panoramique de grandes sections du génome. En comparaison, un séquençage plus conventionnel n'offrait qu'un judas, dit-il.

La majorité des mutations qu'ils ont trouvées ne modifient pas les gènes qui codent les traits. Mais ce qui est clair, dit Lippman, c'est que bon nombre de ces mutations modifient les mécanismes contrôlant l'activité des gènes. Un tel gène, par exemple, contrôle la taille des fruits de la tomate. En modifiant la structure de l'ADN - dans ce cas, le nombre de copies du gène - l'équipe de Lippman a pu modifier la production de fruits. Les plantes dépourvues du gène ne produisaient jamais de fruits, tandis que les plantes avec trois copies du gène produisaient des fruits environ 30 pour cent plus gros que ceux avec une seule copie.

L'équipe de Lippman a également démontré comment la structure de l'ADN peut influencer les traits dans un exemple qu'il qualifie de "remarquablement complexe". Ils ont montré que quatre mutations structurelles étaient nécessaires pour reproduire un trait de récolte majeur dans les tomates modernes.

Ces types d'informations pourraient aider à expliquer la diversité des caractères dans d'autres cultures et permettre aux sélectionneurs d'améliorer les variétés, dit Lippman. Par exemple, peut-être que l'ajout d'une copie supplémentaire du gène de taille à de minuscules cerises de terre, un proche parent de la tomate, pourrait augmenter leur attrait en les rendant plus grandes, dit-il.

« L'un des saints Graal de l'agriculture est de pouvoir dire : « . “Le domaine fait des pas importants vers ce type de sélection prévisible.”


Le système CRISPR/Cas9 produit une édition de gènes ciblée spécifique et homozygote chez le riz en une génération

Il a été démontré que le système CRISPR/Cas9 induit efficacement l'édition de gènes ciblée dans une variété d'organismes, y compris les plantes. Des travaux récents ont montré que les mutations génétiques induites par CRISPR/Cas9 chez Arabidopsis étaient principalement des mutations somatiques de la première génération, bien que certaines mutations puissent être héritées de manière stable dans les générations ultérieures. Cependant, il reste difficile de savoir si ce système fonctionnera de la même manière dans des cultures telles que le riz. Dans cette étude, nous avons testé dans deux sous-espèces de riz 11 gènes cibles pour leur aptitude à l'édition induite par CRISPR/Cas9 et déterminé les modèles, la spécificité et l'héritabilité des modifications génétiques. L'analyse des génotypes et de la fréquence des gènes modifiés dans la première génération de plantes transformées (T0) a montré que le système CRISPR/Cas9 était très efficace chez le riz, avec des gènes cibles modifiés dans près de la moitié des cellules embryogènes transformées avant leur première division cellulaire. Des homozygotes de gènes cibles modifiés ont été facilement trouvés dans les plantes T0. Les mutations génétiques ont été transmises à la génération suivante (T1) selon la loi mendélienne classique, sans aucune nouvelle mutation ou réversion détectable. Même avec des recherches approfondies, y compris le reséquençage du génome entier, nous n'avons pu trouver aucune preuve de non-ciblage à grande échelle dans le riz pour aucune des nombreuses cibles testées dans cette étude. En séquençant spécifiquement les sites hors cible putatifs d'un grand nombre de plantes T0, des mutations à basse fréquence ont été trouvées dans un seul site hors cible où la séquence avait une différence de 1 pb par rapport à la cible prévue. Dans l'ensemble, les données de cette étude indiquent que le système CRISPR/Cas9 est un outil puissant dans l'ingénierie du génome des cultures.

Mots clés: Édition de gènes ciblée sur le riz CRISPR/Cas9.

© 2014 Society for Experimental Biology, Association of Applied Biologists et John Wiley & Sons Ltd.


REMERCIEMENTS

Nous remercions le professeur Ningning Wang de l'Université de Nankai pour son aide dans les analyses biochimiques, et le professeur Chun-Ming Liu de l'Institut de botanique de l'Académie chinoise des sciences, pour la lecture critique du manuscrit. Ce travail a été soutenu par des subventions de la National Natural Science Foundation (31361140355, 31401893, 31272184), National Key Development Plan Pilot Projects (Functional genomics research and application of blé and other plants), Beijing Scholar Program et Beijing Excellent Talents Program (2014000021223TD03), Commission municipale des sciences et technologies de Pékin (6141001, 6144023, WRDMC01), ministère des Sciences et de la Technologie de Chine (2015BAD02B0202, 2014BAD01B08) et ministère de l'Agriculture de Chine (CARS-26).


D.G. évalué le phénotype des plantes et préparé pour l'évaluation génotypique. C.Z. et S.Z. effectué l'analyse bioinformatique. B. H. a effectué une analyse microscopique. S.W. a participé à la création de 406 plantes mutagénisées. D.G., Z.Z. et S.H. écrit le manuscrit.

Des informations de support supplémentaires peuvent être trouvées en ligne dans l'onglet Informations de support pour cet article : http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.12558/suppinfo

Fichier de prise en charge S1. Séquence protéique de SCL1 homologues dans diverses espèces

Fichier de prise en charge S2. matériaux et méthodes

Tableau annexe S1. Distribution de 51 mutations G vers A ou C vers T

Tableau annexe S2. Gènes exprimés de manière différentielle dans les plantes de type sauvage et mutantes

Tableau annexe S3. La liste des séquences d'amorces utilisées dans cette étude

Remarque : L'éditeur n'est pas responsable du contenu ou de la fonctionnalité des informations fournies par les auteurs. Toute question (autre que le contenu manquant) doit être adressée à l'auteur correspondant pour l'article.


Un commentaire général sur l'efficacité

En général, l'efficacité d'édition et la spécificité d'une approche particulière doivent être évaluées au niveau de la génération de plantes stables dans les espèces d'intérêt. L'extrapolation des règles dérivées des protoplastes et d'autres espèces ne garantit pas nécessairement des niveaux de réussite similaires sur toutes les plateformes. Plus important encore, il existe une variabilité considérable dans l'efficacité de l'ARNg, qui ne semble pas changer avec le système d'expression ou la méthode d'administration Cas9 et est souvent difficile à prévoir. Malgré toutes les modifications et alternatives, pour de nombreuses applications, SpCas9 suffira et il peut n'y avoir aucun avantage clair pour un système par rapport à un autre en termes d'efficacité ou de spécificité. Cela est particulièrement vrai dans le ciblage d'une mutation d'un seul gène dans les plantes régénérant les cals, qui donne généralement des taux élevés de récupération de mutants homozygotes, ou chez Arabidopsis lorsqu'on considère la spécificité. Dans ces cas, la facilité d'utilisation du système et son dossier de validation in planta pourrait être la considération la plus forte. Des travaux récents fournissent des preuves que le traitement par choc thermique des plantes à 37 °C pendant de brèves périodes peut améliorer les taux d'édition Cas9 ( LeBlanc et al. 2018). Cet effet est apparent dans les tissus somatiques et germinaux, où des taux d'édition jusqu'à 100 fois supérieurs sont observés. Cet effet est lié à une plus grande efficacité du clivage de l'ADN double brin Cas9 à 37°C. De manière passionnante, ce traitement simple fonctionne chez plusieurs espèces, ce qui suggère que cela peut être un excellent outil pour renforcer les expériences d'édition à travers les systèmes.


Animaux et humains génétiquement modifiés

Aujourd'hui, le bétail est souvent élevé de manière sélective pour améliorer le taux de croissance et la masse musculaire et encourager la résistance aux maladies. Par exemple, certaines lignées de poulets élevés pour la viande ont été élevées pour croître 300 pour cent plus vite aujourd'hui qu'elles ne le faisaient dans les années 1960, selon un article de 2010 publié dans le Journal of Anatomy. Actuellement, aucun produit animal sur le marché aux États-Unis, y compris le poulet ou le bœuf, n'est génétiquement modifié et, par conséquent, aucun n'est classé comme produit alimentaire OGM ou GM.

Au cours des dernières décennies, les chercheurs ont modifié génétiquement des animaux de laboratoire pour déterminer comment la biotechnologie pourrait un jour aider à traiter les maladies humaines et à réparer les lésions tissulaires chez les humains, selon le National Human Genome Research Institute. L'une des formes les plus récentes de cette technologie s'appelle CRISPR (prononcé "crisper").

La technologie est basée sur la capacité du système immunitaire bactérien à utiliser les régions CRISPR et les enzymes Cas9 pour inactiver l'ADN étranger qui pénètre dans une cellule bactérienne. La même technique permet aux scientifiques de cibler un gène ou un groupe de gènes spécifique à modifier, a déclaré Gretchen Edwalds-Gilbert, professeure agrégée de biologie au Scripps College en Californie.

Les chercheurs utilisent la technologie CRISPR pour rechercher des remèdes contre le cancer et pour trouver et modifier des morceaux d'ADN pouvant conduire à de futures maladies chez un individu. La thérapie par cellules souches pourrait également utiliser le génie génétique, dans la régénération des tissus endommagés, tels qu'un accident vasculaire cérébral ou une crise cardiaque, a déclaré Edwalds-Gilbert.

Dans une étude très controversée, au moins un chercheur affirme avoir testé la technologie CRISPR sur des embryons humains dans le but d'éliminer le potentiel de certaines maladies. Ce scientifique a fait l'objet d'un examen minutieux et a été placé en résidence surveillée dans son pays d'origine, la Chine, pendant un certain temps.


Un vieil outil génétique en biologie végétale a toujours de la valeur

Les outils scientifiques pour la recherche en génétique végétale s'estompent continuellement à mesure que de nouvelles méthodes évoluent. Cependant, des chercheurs de l'Université d'État du Mississippi ont découvert qu'une méthode plus ancienne, l'utilisation de séquences d'ADN chloroplastiques fragmentées, est toujours solide au milieu des technologies modernes.

Les répétitions de séquences simples ou microsatellites de chloroplastes (cpSSR) sont des fragments d'ADN courts et répétés qui marquent des emplacements spécifiques dans le génome d'une plante. Les marqueurs cpSSR sont utilisés pour étudier l'évolution des plantes, telles que la sélection et l'hybridation des plantes chez les espèces agricoles et la diversité génétique des plantes dont la conservation est préoccupante. Ils sont particulièrement utiles pour distinguer les groupes de plantes et résoudre leurs relations évolutives.

Gregory Wheeler, la professeure agrégée Lisa Wallace et ses collègues ont découvert que les études sur les plantes utilisant des cpSSR sont en augmentation. Le nombre d'études de plantes utilisant des cpSSR a doublé au cours des dix dernières années. Depuis 1995, les cpSSR ont été utilisés pour étudier les plantes sauvages et cultivées de 85 familles de plantes différentes, la plus courante étant l'histoire des pins (famille des Pinaceae) jusqu'à la dernière période glaciaire.

De nombreux laboratoires de recherche sur les plantes se tournent vers les dernières méthodes de séquençage de nouvelle génération pour collecter des données génétiques moléculaires, car ces méthodes permettent une « empreinte » plus complète de l'ADN végétal. Cependant, comme le souligne Wallace, "il y a encore beaucoup de laboratoires qui n'ont pas les ressources financières ou génomiques pour rendre les méthodes de séquençage de nouvelle génération réalisables."

La revue publiée détaillant le statut des cpSSR en génétique végétale est publiée dans un numéro récent de Applications en sciences végétales.

Parce que les cpSSR restent une méthode populaire, Wheeler et ses collègues ont exploré leurs risques et leurs avantages pour découvrir les questions scientifiques les plus appropriées et les plus informatives auxquelles les cpSSR peuvent répondre dans les études futures.

Le problème le plus répandu avec les cpSSR, que moins de 33 % des études ont testé, est appelé homoplasie de taille. L'homoplasie de taille se produit lorsque des mutations de l'ADN surviennent indépendamment, ce qui fait que l'ADN de différentes plantes semble faussement similaire par descendance évolutive. L'homoplasie de taille peut conduire les scientifiques à surestimer la parenté avec les plantes.

Pour illustrer les risques d'homoplasie de taille, Wheeler et ses collègues ont tiré de leurs propres données sur le genre végétal Acmispon, un membre de la famille des pois que l'on trouve dans toute la Californie, aux États-Unis. Quatre des neuf loci testés présentaient une homoplasie de taille au sein ou entre les espèces. "J'ai été surpris de trouver un manque de tests d'homoplasie dans les études cpSSR étant donné la fréquence à laquelle nous l'avons détecté dans notre propre ensemble de données", commente Wallace.

Pour les études futures, Wallace et ses collègues suggèrent d'utiliser des cpSSR qui ont été développés pour des espèces végétales spécifiques. Cette approche peut aider à éviter les problèmes d'homoplasie de taille et à répondre aux questions liées à la conservation génétique et à la variabilité d'espèces uniques, telles que celles qui sont économiquement et écologiquement importantes.

"Il y a eu des transitions majeures vers les techniques NGS au cours de la dernière décennie", explique Wallace, "mais notre article montre que les cpSSR sont toujours un type de marqueur utile pour de nombreux groupes de recherche en sciences végétales fondamentales et appliquées." À mesure que le nombre d'outils génétiques pour la recherche sur les plantes augmente, Wallace note que la disponibilité de nouveaux systèmes d'étude continuera de croître, offrant de nouvelles opportunités pour l'utilisation des cpSSR en biologie végétale.


Les erreurs de méiose peuvent entraîner la suppression de segments chromosomiques. Par exemple, le syndrome du cri du chat résulte d'un morceau de matériel génétique manquant sur le bras du chromosome 5. Lorsqu'une partie d'un chromosome se brise, elle peut s'attacher à un autre chromosome.

Voici quelques exemples:

  • Duplications ou amplis : Ceux-ci se produisent lorsqu'un chromosome est ajouté à un chromosome homologue qui contient déjà cette séquence, comme on le voit dans certains cancers.
  • Inversions : Ceux-ci se produisent lorsqu'une partie du chromosome se brise puis se rattache à l'envers. Par exemple, le syndrome Optiz-Kaveggia est lié à ce type de mutation.
  • Déplacement : C'est lorsqu'un composant d'un chromosome s'attache à un chromosome non homologue. Une forme de leucémie est associée à une mutation par translocation.
  • Non-disjonction : C'est l'échec de la séparation chromosomique, ce qui fait que les cellules reproductrices ont trop ou deux peu de chromosomes. Les conséquences possibles peuvent inclure une fausse couche, le syndrome de Down et le syndrome de Turner.

Biographie du conférencier

Richard Amasino

Richard Amasino est professeur émérite de biochimie à l'Université du Wisconsin-Madison et professeur au Howard Hughes Medical Institute. Son laboratoire utilise la génétique et la biochimie pour étudier le développement des plantes et la régulation de la floraison. Amasino encourage également les étudiants de premier cycle à explorer la génétique à travers des expériences avec Brassica rapa. Amasino a reçu de nombreux prix pour… Continuer la lecture


Voir la vidéo: Les Mutations Génétiques (Mai 2022).


Commentaires:

  1. Jarrad

    Bien sûr, je m'excuse, mais cela ne me convient pas du tout. Qui d'autre peut suggérer?

  2. Chas

    Alternativement, oui

  3. Telegonus

    Ooooh ! C'est exactement ce qu'il dit. J'aime quand tout est en place et en même temps compréhensible pour un simple mortel.

  4. Reagan

    Je pense que vous n'avez pas raison. Je peux le prouver.

  5. Neshakar

    Tu as tout à fait raison. Il y a quelque chose là-dedans et je pense que c'est une très bonne idée. Je suis complètement d'accord avec toi.

  6. Wanikiy

    Êtes-vous, par hasard, un expert?



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