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Automate de phénotypage haut débit chez Arabidopsis thaliana (Unité Jean-Pierre BOURGIN de l'Inra de Versailles).. © Bertrand NICOLAS - Inra, NICOLAS Bertrand

Zoom sur la complexité génétique chez les plantes

L’adaptation fine de la croissance de la plante à son environnement joue un rôle clé dans sa survie, d’autant plus qu’elle est fixée au sol. Des chercheurs de l’Inra révèlent la grande complexité génétique permettant des variations de croissance aérienne de la plante en réponse à la limitation de la disponibilité en eau. Publiés dans PLoS Genetics, ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives dans la découverte des variations génétiques qui contrôlent la réponse aux stress pour des caractères d’intérêt adaptatif et agronomique.

Publié le 23/04/2019

Pour survivre et coloniser des milieux très divers, la plante doit s’adapter aux fluctuations de l’environnement. Les végétaux ont évolué en apportant des réponses très diversifiées à ces variations de contexte en étant très plastiques, en particulier concernant leur aspect (plasticité phénotypique), y compris au sein d’une même espèce.

Grâce au Phenoscope, un robot de culture permettant de faire du phénotypage haut-débit en conditions strictement contrôlées et reproductibles (voir encadré), les chercheurs de l’Inra ont réussi à décrypter les bases génétiques de cette diversité végétale. Sur le Phenoscope, plus de 700 plantes cultivées d’Arabidopsis thaliana sont en mouvement continu et ainsi dans un environnement équivalent. Elles sont pesées, arrosées et photographiées très régulièrement.

Des approches de génétique quantitative exploitant différents croisements entre variétés sauvages ont permis de réaliser une cartographie des loci (QTL: 'Quantitative Trait Loci')1 contrôlant des paramètres reliés à la croissance foliaire avec une précision jamais atteinte chez les plantes. La morphologie et la croissance de la rosette, partie aérienne de la plante d'arabidopsis, ont été analysées en réponse à une limitation en eau modérée. Les chercheurs ont étudié différents critères de croissance cumulative et mesuré les vitesses de croissance pour la descendance de 4 croisements entre variétés d'arabidopsis (populations recombinantes, RILs). Ils se sont ensuite concentrés en particulier sur 2,5 % (soit 3 Mégabases) du génome de la plante modèle arabidopsis dans un seul croisement. Les scientifiques ont ainsi révélé une 'architecture génétique' sous-jacente des plus complexe : dans cette région du génome par exemple, un gène ayant un effet fort sur la variation de croissance masquait en fait plusieurs autres gènes ayant des effets indépendants et plus limités. La prise en compte de ces effets masqués en cartographie de QTL est importante pour comprendre la variation de ce caractère quantitatif.

Étudier ainsi la variabilité naturelle pour la croissance chez une espèce sauvage comme arabidopsis, ouvre la porte à la découverte de nouveaux variants de réponse aux stress contrôlant des caractères d’intérêt adaptatif et agronomique. Un changement d’échelle en biologie prédictive ou digitale pourrait s’annoncer : les résultats de cette étude suggèrent que l’on sous-estime probablement beaucoup la complexité génétique à la base de la diversité phénotypique.

Près de 1 500 plantes d'Arabidopsis thaliana en culture sur 2 des 4 robots Phenoscope de l'Observatoire du végétal.. © Inra, Olivier Loudet
Près de 1 500 plantes d'Arabidopsis thaliana en culture sur 2 des 4 robots Phenoscope de l'Observatoire du végétal. © Inra, Olivier Loudet

1. Un locus de caractère quantitatif (en anglais : QTL pour quantitative trait loci) est une région plus ou moins grande du génome qui est étroitement associée à un caractère quantitatif, c'est-à-dire une région chromosomique où sont localisés un ou plusieurs gènes à l'origine de la variation du caractère en question.
2. Le Centre de ressources biologiques Arabidopsis thaliana c’est : des collections internationales hébergées à l’IJPB, une collection de variétés sauvages (~1500 accessions) issues du monde entier, 16 populations recombinantes « Recombinant Inbred lines » (RILs) ; ainsi que plusieurs collections de mutants représentatives de l’ensemble du génome de la plante
3. https://www.observatoire-vegetal.inra.fr/Observatoire-du-Vegetal 

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Olivier Loudet (01 30 83 32 17) Institut Jean-Pierre Bourgin (INRA, AgroParisTech ; ERL CNRS)
Contact(s) presse :
Inra service de presse (01 42 75 91 86)
Département(s) associé(s) :
Biologie et amélioration des plantes
Centre(s) associé(s) :
Versailles-Grignon

Référence

The complex genetic architecture of shoot growth natural variation in Arabidopsis thaliana. Elodie Marchadier, Mathieu Hanemian, Sébastien Tisné, Liên Bach, Christos Bazakos, Elodie Gilbault, Parham Haddadi, Laetitia Virlouvet, Olivier Loudet. PLoS Genetics. 17 avril 2019. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1007954