Une équipe de recherche de l’Université des sciences et technologies de Pohang a dévoilé le mécanisme à l’origine des interférences croisées au cours de la méiose, résolvant ainsi un mystère de longue date en génétique. Cette avancée pourrait révolutionner la sélection agricole en permettant un contrôle précis des caractéristiques des cultures, ouvrant la voie à une meilleure résistance aux maladies et à une meilleure productivité des plantes.
Des films tels que « X-Men », « Les Quatre Fantastiques » et « Les Gardiens », qui mettent en scène des héros mutants dynamiques, ont captivé le public mondial. Récemment, un criblage génétique à haut débit de mutants du taux de croisement méiotique Arabidopsis thaliana a suscité l’intérêt de la communauté universitaire en perçant un mystère vieux d’un siècle dans les sciences de la vie.
Une équipe de recherche, composée du professeur Kyuha Choi, du Dr Jaeil Kim et du doctorant Heejin Kim du Département des sciences de la vie de l’Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH), a réalisé un exploit remarquable en dévoilant le mécanisme moléculaire responsable du croisement. interférence pendant la méiose, un modèle biologique au niveau des chromosomes. Les résultats de cette recherche ont été publiés le 20 février dans Plantes naturellesune revue internationale dans le domaine des sciences de la vie.
Le rôle de la méiose dans la diversité génétique
Dans les organismes à reproduction sexuée, les individus ressemblent à leurs parents ou frères et sœurs. Malgré les similitudes frappantes, il est crucial de reconnaître que l’identité absolue est inaccessible. Cette variation est attribuée au processus de méiose, qui génère des cellules reproductrices comme les spermatozoïdes et les ovules chez les animaux ou le pollen et les ovules chez les plantes. Contrairement à la division cellulaire somatique, qui duplique et divise le génome de manière identique, la méiose crée des cellules reproductrices génétiquement diverses grâce à un mécanisme appelé croisement.
La méiose et le croisement jouent un rôle central dans la biodiversité et ont des implications significatives dans la sélection où se produisent la sélection et la culture de caractères supérieurs dans les cultures. En règle générale, la plupart des espèces animales et végétales présentent au minimum un et au maximum trois croisements par paire de chromosomes homologues.
un. Isolement génétique des mutants hcr3 à l’aide d’un système de mesure de croisement de graines fluorescentes. b. Cartes de croisement génomique montrant une multiplication par 2 du croisement dans les plantes transgéniques J3G155R exprimant l’allèle hcr3 (surligné en rouge) par rapport au type sauvage (représenté en bleu). c. hcr3 a montré une augmentation du nombre de foyers HEI10 et une distance réduite entre les foyers HEI10 par bivalent. d. Modèle illustrant le contrôle des interférences croisées médiées par la dégradation HEI10 via le réseau chaperon HCR3-HSP70. Crédit : POSTECH
La capacité de contrôler le nombre de ces croisements pourrait conduire à la culture de cultures présentant des caractéristiques spécifiques souhaitées. Cependant, parvenir à un tel contrôle s’est avéré difficile en raison du « phénomène d’interférence croisée ». L’interférence croisée, où un croisement inhibe la formation d’un autre croisement à proximité le long du même chromosome, a été initialement identifiée par le généticien des mouches des fruits Hermann J. Muller en 1916. Malgré les efforts persistants des chercheurs au cours du siècle dernier depuis sa découverte, ce n’est que récemment que les mécanismes sous-jacents aux interférences croisées ont commencé à dévoiler leurs secrets.
Percée dans la compréhension des interférences croisées
Dans cette recherche, l’équipe a utilisé une méthode de notation fluorescente à haut débit pour mesurer directement la fréquence de croisement dans les plantes d’Arabidopsis. Grâce à un dépistage génétique, ils ont identifié un mutant nommé hcr3 (taux de croisement élevé3) qui présentait un taux de croisement accru au niveau génomique. Une analyse plus approfondie a révélé que les croisements élevés dans hcr3 a été attribué à une mutation ponctuelle dans le J3 gène, qui code pour un co-chaperon lié à la protéine HSP40.
Cette recherche a démontré qu’un réseau impliquant le co-chaperon HCR3/J3/HSP40 et le chaperon HSP70 contrôle les interférences croisées et la localisation en facilitant la dégradation de la protéine pro-crossover, l’ubiquitine E3 ligase HEI10. L’application d’approches de criblage génétique pour découvrir la voie d’interférence et d’inhibition croisées a résolu avec succès un casse-tête vieux d’un siècle dans les sciences de la vie.
Le professeur Kyuha Choi de POSTECH a déclaré : « L’application de cette recherche à l’agriculture nous permettra d’accumuler rapidement des caractères bénéfiques, réduisant ainsi le temps de reproduction. » Il a exprimé son optimisme en déclarant : « Nous espérons que cette recherche contribuera à la sélection de nouvelles variétés et à l’identification de variations naturelles utiles responsables de caractéristiques souhaitables telles que la résistance aux maladies et aux stress environnementaux, une productivité améliorée et une production de grande valeur. »
Référence : « Contrôle des interférences croisées méiotiques par un réseau de chaperons protéolytiques » par Heejin Kim, Jaeil Kim, Namil Son, Pallas Kuo, Chris Morgan, Aurélie Chambon, Dohwan Byun, Jihye Park, Youngkyung Lee, Yeong Mi Park, John A. Fozard , Julie Guérin, Aurélie Hurel, Christophe Lambing, Martin Howard, Ildoo Hwang, Raphael Mercier, Mathilde Grelon, Ian R. Henderson et Kyuha Choi, 20 février 2024, Nature Plantes.
DOI : 10.1038/s41477-024-01633-y
La recherche a été menée avec le soutien du programme de recherche fondamentale en sciences et en ingénierie et du programme de recherche à mi-carrière de la Fondation nationale de recherche de Corée, du programme Next-Generation BioGreen 21 de l’administration du développement rural, de la Fondation Suh Kyungbae et du Fondation Samsung pour la science et la technologie.
2024-03-15 07:40:47
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