La nouvelle découverte explique ce qui détermine le nombre et la position des échanges génétiques qui ont lieu dans les cellules germinales, telles que le pollen ou le sperme des plantes et les ovules humains.
Lorsque les cellules germinales sont produites par une division cellulaire spéciale appelée méiose, les chromosomes échangent de grands segments d'ADN. Cela garantit que chaque nouvelle cellule a une constitution génétique unique et explique pourquoi, à l'exception des jumeaux identiques, il n'y a pas deux frères et sœurs complètement identiques génétiquement.
Ces échanges ou croisements d'ADN (crossovers) sont nécessaires pour créer une diversité génétique, moteur de l'évolution, et leur fréquence et leur position le long des chromosomes sont strictement contrôlées.
L'un des auteurs de la nouvelle étude, le Dr Chris Morgan, explique l'importance de ce phénomène : « Le positionnement croisé a des implications importantes pour l'évolution, la fertilité et la reproduction sélective. En comprenant les mécanismes qui déterminent le positionnement du croisement, nous sommes plus susceptibles de découvrir des méthodes de sélection, de modifier le positionnement du croisement pour améliorer les technologies de sélection végétale et animale existantes. »
Malgré plus d'un siècle de recherche, le mécanisme cellulaire qui détermine où et combien de croisements se forment est resté en grande partie un mystère qui a fasciné et déçu de nombreux scientifiques éminents. L'expression "interférence croisée" a été inventée en 1915 et décrit l'observation selon laquelle lorsqu'un croisement se produit à un endroit sur un chromosome, il empêche la formation de croisements à proximité.
En utilisant une combinaison avancée de modélisation mathématique et de microscopie ultra-haute résolution "3D-SIM", l'équipe de recherche du John Innes Center a résolu ce mystère séculaire en identifiant un mécanisme qui garantit que le nombre et la position de croisement sont "corrects": non trop, pas trop peu et pas trop près les uns des autres.
L'équipe de chercheurs a étudié le comportement d'une protéine appelée HEI10, qui joue un rôle important dans la formation de croisements dans la méiose. La microscopie à ultra-haute résolution a montré que les protéines HEI10 se regroupent le long des chromosomes, formant initialement de nombreux petits amas.
Cependant, au fil du temps, les protéines HEI10 ne se concentrent que dans un petit nombre de clusters beaucoup plus gros, qui, une fois la masse critique atteinte, peuvent déclencher la formation de croisements.
Ces mesures ont ensuite été comparées à un modèle mathématique simulant ce clustering basé sur la diffusion de molécules HEI10 et des règles simples pour leur clustering. Le modèle mathématique a pu expliquer et prédire de nombreuses observations expérimentales, notamment que la fréquence de croisement pouvait être modifiée de manière fiable en changeant simplement la quantité de HEI10.
« Notre étude montre que les données d'imagerie à ultra-haute résolution des cellules reproductrices d'Arabidopsis sont cohérentes avec le modèle mathématique de « grossissement par diffusion » pour les motifs croisés chez Arabidopsis. Le modèle nous aide à comprendre la formation du schéma de croisement des chromosomes méiotiques », disent les scientifiques.
Le professeur Martin Howard ajoute : « Ce travail est un excellent exemple de recherche interdisciplinaire qui a nécessité une expérimentation de pointe et une modélisation mathématique pour découvrir la mécanique. Une direction future intéressante sera d'évaluer dans quelle mesure notre modèle peut expliquer avec succès la formation de modèles de croisement dans d'autres organismes. »
Cette recherche sera particulièrement utile pour des cultures telles que le blé, dans lesquelles les croisements sont principalement limités à certaines régions de chromosomes, ce qui empêche les sélectionneurs de libérer tout le potentiel génétique de ces plantes.
L'étude a été publiée dans la revue Nature Communications.
2021-08-04 03:42:11
Auteur: Vitalii Babkin