Une nouvelle recherche change radicalement notre compréhension de l’évolution

L’étude du génome de l’arabette, une petite mauvaise herbe à fleurs, a conduit à une nouvelle compréhension des mutations de l’ADN. Crédit : Inondation de Pádraic

Les découvertes pourraient conduire à des progrès dans la sélection végétale, la génétique humaine.

Une simple mauvaise herbe en bordure de route peut détenir la clé pour comprendre et prédire ADN mutation, selon une nouvelle recherche de l’Université de Californie à Davis et de l’Institut Max Planck de biologie du développement en Allemagne.

Les résultats, publiés dans la revue La nature, change radicalement notre compréhension de l’évolution et pourrait un jour aider les chercheurs à produire de meilleures cultures ou même aider les humains à lutter contre le cancer.

Les mutations se produisent lorsque l’ADN est endommagé et laissé non réparé, créant une nouvelle variation. Les scientifiques voulaient savoir si la mutation était purement aléatoire ou quelque chose de plus profond. Ce qu’ils ont trouvé était inattendu.

« Nous avons toujours pensé que la mutation était essentiellement aléatoire dans le génome », a déclaré Gray Monroe, professeur adjoint au département des sciences végétales de l’UC Davis et auteur principal de l’article. « Il s’avère que la mutation est très non aléatoire et qu’elle est non aléatoire d’une manière qui profite à la plante. C’est une façon totalement nouvelle d’envisager la mutation.

Les chercheurs ont passé trois ans à séquencer l’ADN de centaines de Arabidopsis thaliana, ou cresson, une petite plante à fleurs considérée comme le « rat de laboratoire parmi les plantes » en raison de son génome relativement petit comprenant environ 120 millions de paires de bases. Les humains, en comparaison, ont environ 3 milliards de paires de bases.

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« C’est un organisme modèle pour la génétique », a déclaré Monroe.

Les plantes cultivées en laboratoire offrent de nombreuses variations

Les travaux ont commencé à l’Institut Max Planck, où les chercheurs ont cultivé des spécimens dans un environnement de laboratoire protégé, ce qui a permis aux plantes présentant des défauts qui n’ont peut-être pas survécu dans la nature de survivre dans un espace contrôlé.

Le séquençage de ces centaines de Arabidopsis thaliana les plantes ont révélé plus d’un million de mutations. Au sein de ces mutations, un schéma non aléatoire a été révélé, contrairement à ce qui était attendu.

« À première vue, ce que nous avons trouvé semblait contredire la théorie établie selon laquelle les mutations initiales sont entièrement aléatoires et que seule la sélection naturelle détermine quelles mutations sont observées dans les organismes », a déclaré Detlef Weigel, directeur scientifique de l’Institut Max Planck et auteur principal de l’étude.

Au lieu du hasard, ils ont trouvé des parcelles du génome avec de faibles taux de mutation. Dans ces patchs, ils ont été surpris de découvrir une surreprésentation de gènes essentiels, tels que ceux impliqués dans la croissance cellulaire et l’expression des gènes.

« Ce sont les régions vraiment importantes du génome », a déclaré Monroe. « Les zones les plus importantes sur le plan biologique sont celles qui sont protégées de la mutation. »

Les territoires sont également sensibles aux effets néfastes des nouvelles mutations. « La réparation des dommages à l’ADN semble donc être particulièrement efficace dans ces régions », a ajouté Weigel.

La plante a évolué pour se protéger

Les scientifiques ont découvert que la façon dont l’ADN était enroulé autour de différents types de protéines était un bon prédicteur de la mutation ou non d’un gène. « Cela signifie que nous pouvons prédire quels gènes sont plus susceptibles de muter que d’autres et cela nous donne une bonne idée de ce qui se passe », a déclaré Weigel.

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Les résultats ajoutent une tournure surprenante à la théorie de l’évolution par sélection naturelle de Charles Darwin, car ils révèlent que la plante a évolué pour protéger ses gènes de la mutation afin d’assurer sa survie.

« La plante a développé un moyen de protéger ses endroits les plus importants de la mutation », a déclaré Weigel. « C’est excitant parce que nous pourrions même utiliser ces découvertes pour réfléchir à la façon de protéger les gènes humains de la mutation. »

Utilisations futures

Savoir pourquoi certaines régions du génome mutent plus que d’autres pourrait aider les sélectionneurs qui s’appuient sur la variation génétique pour développer de meilleures cultures. Les scientifiques pourraient également utiliser ces informations pour mieux prédire ou développer de nouveaux traitements pour des maladies comme le cancer causées par une mutation.

« Nos découvertes donnent un compte rendu plus complet des forces à l’origine des modèles de variation naturelle ; Ils devraient inspirer de nouvelles voies de recherche théorique et pratique sur le rôle de la mutation dans l’évolution », conclut l’article.

Pour en savoir plus sur cette découverte, voir Les mutations de l’ADN ne se produisent pas au hasard.

Référence : « Le biais de mutation reflète la sélection naturelle chez Arabidopsis thaliana » par J. Gray Monroe, Thanvi Srikant, Pablo Carbonell-Bejerano, Claude Becker, Mariele Lensink, Moises Exposito-Alonso, Marie Klein, Julia Hildebrandt, Manuela Neumann, Daniel Kliebenstein, Mao -Lun Weng, Eric Imbert, Jon Ågren, Matthew T. Rutter, Charles B. Fenster et Detlef Weigel, 12 janvier 2022, La nature.
DOI : 10.1038/s41586-021-04269-6

Les co-auteurs de l’UC Davis incluent Daniel Kliebenstein, Mariele Lensink, Marie Klein, du Département des sciences végétales. Des chercheurs de la Carnegie Institution for Science, de l’Université de Stanford, de l’Université d’État de Westfield, de l’Université de Montpellier, de l’Université d’Uppsala, du Collège de Charleston et de l’Université d’État du Dakota du Sud ont contribué à la recherche.

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Le financement est venu de la Max Planck Society, de la National Science Foundation et de la German Research Foundation.

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