Une étude révèle les secrets génétiques de la collation préférée des Américains

Dans sa forme la plus simple, le pop-corn est assez simple. La plupart des variétés de supermarché offrent le choix entre deux couleurs de grains, jaune ou blanc, et deux formes de grains, pointus ou nacrés. Lorsqu’il éclate, le flocon prend généralement l’une des deux formes suivantes : champignon ou papillon. Mais il y a plus dans le pop-corn qu’il n’y paraît. Une nouvelle recherche de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign révèle une richesse de diversité inexploitée qui se cache dans le code génétique du pop-corn.

En analysant 320 lignées de maïs soufflé accessibles au public, les chercheurs en sciences des cultures ont trouvé des variations à plus de 308 000 emplacements dans le génome. Cette diversité peut ou non se traduire par une plus grande variété de pop-corn pour les consommateurs, mais certaines des différences pourraient être importantes pour améliorer les performances agronomiques de la culture.

“Cela pourrait être utile si les entreprises de pop-corn voulaient apporter du matériel pour diversifier leur matériel génétique, ce qui est extrêmement important pour des choses comme la résistance aux maladies et la tolérance aux herbicides. Plus de travail doit être fait pour identifier les traits d’intérêt, mais cet ensemble de données ouvre ces possibilités. “, déclare le co-auteur de l’étude, Tony Studer, professeur agrégé et sélectionneur de pop-corn au Département des sciences des cultures, qui fait partie du Collège des sciences de l’agriculture, de la consommation et de l’environnement de l’Illinois.

L’équipe de Studer a documenté les différences génétiques dans un processus connu sous le nom de génotypage par séquençage, qui concentre les efforts de séquençage génétique sur les parties les plus riches en informations du génome. Les différences, ou polymorphismes, entre les lignées de maïs se sont produites au niveau des nucléotides uniques, les éléments constitutifs de l’ADN.

Populations de pop-corn

Après avoir identifié des centaines de milliers de différences, l’équipe a ensuite pu regrouper les lignées de maïs par modèles de polymorphismes nucléotidiques simples (SNP), permettant aux chercheurs de faire des inférences sur la parenté. Selon l’analyse, les popcorns nord-américains se divisent en deux groupes : l’un composé principalement de types de perles jaunes, les types blancs pointus et latino-américains appartenant à un deuxième groupe.

“Regrouper le pop-corn en fonction des similitudes génétiques nous permet d’examiner la diversité présente dans chaque groupe et de mieux prédire les performances des croisements entre les lignées. De plus, si un gène s’avère améliorer les performances, connaître son appartenance au groupe aidera les éleveurs à l’intégrer dans leur programme, quelque chose dont j’espère que les entreprises de maïs soufflé profiteront pour améliorer leurs produits tant du côté des consommateurs que du côté des producteurs », déclare Madsen Sullivan, doctorant en sciences des cultures et premier auteur de l’étude.

Les résultats ont montré un niveau élevé de consanguinité parmi les popcorns à perles jaunes. Cela signifie une plus faible diversité génétique et une plus grande parenté au sein de ce groupe. Bien que cela ait entraîné de meilleurs traits d’éclatement, le matériel de l’autre groupe contiendra probablement des versions de gènes qui pourraient être utiles mais qui ne sont pas présents dans les popcorns à perles jaunes.

L’analyse fournit également un point de départ pour découvrir la longue histoire du mouvement du pop-corn en Amérique du Nord et dans le monde. Studer dit que les premières personnes à consommer du maïs l’ont probablement mangé éclaté, pas beurré en épi. Il travaille à retracer les premières origines du pop-corn dans une étude de suivi.

Démystifier la tolérance aux herbicides du pop-corn

Une fois le code génétique du pop-corn énoncé, les chercheurs étaient impatients de s’attaquer à un mystère de longue date lié aux étiquettes d’application d’herbicides. Le nicosulfuron tue les mauvaises herbes dans les champs de maïs depuis le début des années 1990, mais il n’est étiqueté que pour les hybrides à noyau jaune ; les agriculteurs sont spécifiquement avertis de ne pas l’utiliser sur du pop-corn à grains blancs.

“C’était un signal d’alarme pour moi, car la couleur du grain ne devrait avoir rien à voir avec la sensibilité aux herbicides”, déclare le co-auteur Marty Williams, écologiste USDA-ARS et professeur affilié de sciences des cultures à l’Illinois. “La couleur du noyau est contrôlée par des gènes dans une partie complètement différente du génome.”

Williams a travaillé avec l’équipe de Studer pour tester 294 génotypes de pop-corn des deux populations, le groupe perle jaune et le groupe blanc pointu et latino-américain ; d’ailleurs, aucun des deux groupes n’est exclusivement jaune ou blanc, malgré leurs noms. Les chercheurs ont appliqué du nicosulfuron au groupe test ainsi que des hybrides de maïs soufflé et de maïs doux sensibles et tolérants comme témoins.

Bien que le nicosulfuron ait endommagé davantage de popcorns à grains blancs, l’effet n’avait rien à voir avec la couleur du grain lui-même. Au lieu de cela, la sensibilité au nicosulfuron était corrélée au patrimoine génétique et à la structure de la population. Les types pointus et latino-américains étaient plus sensibles que les perles jaunes. Dans le maïs denté, le nicosulfuron est détoxifié par un gène appelé nsf1. Les chercheurs ont immédiatement recherché le même gène dans le pop-corn, en supposant qu’il serait actif dans les génotypes tolérants.

“Nous nous attendions à ce que nsf1 apparaisse dans le pop-corn, mais au lieu de cela, nous avons trouvé un tout autre ensemble de gènes qui semblaient être liés à la tolérance au nicosulfuron”, explique Studer. “Cela ouvre la possibilité d’un mécanisme alternatif de tolérance aux herbicides dans le pop-corn, et nous prévoyons d’y donner suite.”

Prochaines étapes

Williams recommande aux sélectionneurs de maïs soufflé d’utiliser cette recherche pour améliorer la tolérance au nicosulfuron, et peut-être à d’autres herbicides, dans leurs cultivars existants et nouveaux. Ensuite, les étiquettes d’herbicides pourraient finalement être mises à jour pour refléter la tolérance dans toute la culture, quelle que soit la couleur du grain.

Les résultats de l’étude du génome pourraient-ils améliorer les caractéristiques agronomiques du pop-corn ? Studer dit qu’il faudra plus de travail pour filtrer l’ensemble de données pour les traits souhaitables, mais éventuellement des lignes de pop-corn d’élite pourraient être développées et commercialisées par des sociétés de pop-corn.