Nannas et des étudiants reproduisent des anomalies génétiques – Actualités

L’héritage génétique peut sembler assez simple. Les collégiens de tout le pays apprennent les prédictions classiques des carrés de Punnett et, pour la plupart, la science semble simple. Les chromosomes transmis par les spermatozoïdes ou les ovules ont une chance d’héritage de 50 à 50. Droite?

Cet été, des étudiants dirigés par Natalie Nannas, professeure agrégée de biologie, ont exploré une curiosité biologique vieille de plusieurs décennies. Dans les années 1940, les scientifiques de l’alimentation ont remarqué qu’un chromosome particulier produisait à plusieurs reprises des grains violets dans le maïs, malgré tous leurs efforts pour l’éliminer. “Ils essayaient d’obtenir du maïs parfaitement jaune, et ils se disaient : ce n’est même pas la moitié du maïs qui est violet, 80 % de celui-ci l’est”, a expliqué Will Burns ’25.

Cette observation a conduit à la découverte de la pulsion méiotique, par laquelle une version de l’information génétique d’un chromosome est transmise « à un rythme plus élevé que prévu », a déclaré Nannas. “Il s’agit donc de fausser et de tromper l’héritage, ce qui est étrange car la loi fondamentale de la génétique est que vous pouvez transmettre l’un ou l’autre chromosome avec une probabilité de 50-50.”

Bien que de tels cas aient été identifiés chez un certain nombre d’espèces, Nannas a noté que le chromosome « ​​égoïste » du maïs présente un intérêt particulier. Son nom est chromosome 10 anormal (Ab10 en abrégé) et il présente une forme unique de pulsion méiotique que les chercheurs tentent de comprendre.

La puissance remarquable de la pulsion méiotique d’Ab10 semble liée à son mécanisme de ségrégation. Au cours de la méiose, le matériel génétique se divise en quatre cellules « filles », chacune possédant la moitié des chromosomes de la cellule « parent » d’origine. La ségrégation chromosomique se produit deux fois au cours de la méiose, lorsque deux moitiés d’un chromosome (chromatides) se séparent et se déplacent vers les pôles opposés du noyau cellulaire. Avec les chromosomes Ab10, cela se produit de manière inégale et préférentielle, ce qui signifie qu’ils peuvent promouvoir leur information génétique à un rythme inhabituellement élevé.

“[Ab10] a un avantage génétique, car il se sépare plus rapidement que les autres chromosomes », a déclaré Brianna Padilla ’25.

Comprendre la fonction de l’impulsion méiotique d’Ab10 n’était que la première partie des recherches de cet été. “Nous avons génétiquement modifié la levure pour avoir le même système et, espérons-le, montrer les mêmes signes étranges d’hérédité”, a déclaré Burns. Pour ce faire, l’équipe « a identifié tous les gènes qui, selon nous, contrôlent cela et les a transférés dans la levure », a expliqué Nannas.

Padilla a détaillé le processus plus en détail, en disant que « nous devions tester si Kindr ou Trkin [two kinds of motor proteins] était la principale cause de séparation précoce des chromosomes anormaux.

Pour modifier la levure, l’équipe a utilisé une technique appelée transformation génétique, un processus par lequel l’ADN extérieur est incorporé dans une cellule. “Fondamentalement, dans de bonnes conditions, la levure peut être persuadée d’absorber de l’ADN étranger et de l’intégrer dans une partie aléatoire de son propre code génétique”, a expliqué Burns. Bien que la transformation génétique n’ait pas la précision exacte d’une technologie d’édition de gènes telle que CRISPR-Cas9 (que certains étudiants utilisent pour leurs cours et que Nannas utilise dans ses propres recherches), elle était néanmoins capable d’épisser des gènes spécifiques dans la levure. « Il s’agit essentiellement d’une stratégie de fusil de chasse. Nous avons juste besoin que le nouveau gène reste ; peu nous importe où », a noté Burns. “La capacité naturelle de la levure à aspirer maladroitement l’ADN est suffisante.”

Nannas a souligné le précieux potentiel agricole de cette méthode, d’autant plus que le climat devient de plus en plus instable. “Ce que nous pourrions faire avec ce système, c’est fausser l’héritage d’un gène que nous désirons, afin de nous adapter rapidement aux conditions agricoles changeantes.”

Les étudiants ont été chargés de mettre en place et de surveiller de nombreuses cultures de levures, tout en testant la meilleure façon d’intégrer cet ADN extérieur dans leurs échantillons. Pour nourrir la levure, ils mélangeaient et distribuaient des milieux de culture, des substances qui fournissent les nutriments et minéraux nécessaires à la croissance. Après avoir stérilisé les milieux dans un autoclave et les avoir nourris avec la levure, les étudiants ont observé les cultures pour déterminer si les chromosomes clés étaient hérités ou non.

À la fin de l’été, les étudiants du laboratoire de Nannas avaient prouvé que le gène Ab10 qui code pour la protéine motrice Kindr était capable de créer un héritage asymétrique chez la levure, la même tricherie génétique que celle observée dans le maïs violet.

Nannas a souligné le précieux potentiel agricole de cette méthode, d’autant plus que le climat devient de plus en plus instable. À l’heure actuelle, la sélection de cultures à la fois à haut rendement et résistantes aux maladies prend généralement environ 10 ans. “Ce que nous pourrions faire avec ce système, c’est fausser l’héritage d’un gène que nous désirons, afin de nous adapter rapidement aux conditions agricoles changeantes”, a-t-elle déclaré.

Cet été n’était que la période la plus récente des travaux de recherche initiés par Nannas il y a plusieurs années. Le projet plus vaste, qui se concentre sur la compréhension des propriétés uniques d’Ab10, est financé par une subvention de la National Science Foundation et implique une collaboration avec des chercheurs de l’Université de Géorgie.

“Nous continuerons à étudier comment Kindr est capable d’aider les chromosomes à tricher dans la course à la ségrégation, et nous espérons utiliser ces informations dans des applications agricoles à l’avenir, permettant l’introduction rapide de caractères importants dans les cultures”, a déclaré Nannas.

L’équipe de cet été prévoit de produire un article et une affiche explicative pour le prochain week-end d’automne. Au-delà de cela, Nannas prévoit de présenter les résultats de ses recherches dans un article, espérons-le d’ici un an ou deux.