Les humains et les tomates sont de formes et de tailles différentes. En effet, chaque individu possède un ensemble unique de variations génétiques – des mutations – qui affectent la manière dont les gènes agissent et fonctionnent. Ensemble, des millions de petites variations génétiques font qu’il est difficile de prédire l’impact d’une mutation particulière sur un individu. Zach Lippman, professeur au Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) et chercheur au Howard Hughes Medical Institute, a montré comment les variations génétiques des tomates peuvent influencer la manière dont une mutation spécifique affecte la plante. Il travaille à pouvoir prédire les effets des mutations sur différentes variétés de tomates.
Différentes combinaisons de mutations peuvent affecter la taille des tomates de manière imprévisible. Dans cette image, la première colonne montre une tomate non mutée (WT). Les deuxième et troisième colonnes montrent des tomates présentant une seule mutation dans une région du promoteur (R1 ou R4) du gène SlCV3 de la taille du fruit. Les mutations individuelles ont peu d'effet sur la taille des fruits. Mais la combinaison de ces deux mutations (R1 + R4) donne un fruit bien plus gros.
Dans cette étude, Lippman et son équipe ont utilisé CRISPR, un outil d'édition génétique très précis et ciblé, sur deux gènes de tomate contrôlant la taille des fruits, SlCV3 et SlWUS. Ils ont généré plus de 60 mutants de tomate en supprimant de petits morceaux d’ADN dans les régions promotrices, zones proches des gènes qui contrôlent leur expression. Dans certains cas, des mutations individuelles ont légèrement augmenté la taille des tomates. Certaines paires de mutations n’ont pas du tout modifié la taille des fruits. Quelques combinaisons synergiques ont provoqué une augmentation spectaculaire et imprévue de la taille des fruits. Lippman déclare : « Le véritable Saint Graal dans tout cela pour la sélection végétale est la prévisibilité. Si je mute cette séquence, j'obtiendrai cet effet. Parce qu’il existe une mer d’autres variantes que la nature a accumulées à proximité de la mutation que vous créez, ainsi que dispersées dans tout le génome, dont beaucoup pourraient influencer la mutation spécifique que vous créez.
Cette gamme d’interactions pour deux mutations quelconques modélise les conséquences d’une seule mutation se produisant dans différents fonds génétiques. L’effet est comparable à ceux observés dans certaines maladies humaines, dans lesquelles certaines personnes peuvent présenter certaines mutations préexistantes qui les protègent des mutations pathogènes.
Lippman et son équipe continueront à quantifier la manière dont les mutations individuelles et combinées affectent certains caractères des cultures. Jusqu’à présent, ils ont mesuré les interactions entre deux mutations individuelles, mais les génomes présentent des millions de variations. Lippman espère étudier suffisamment d'interactions mesurables pour rendre la sélection plus prévisible et plus efficace.
Pour plus d’information :
Laboratoire de Cold Spring Harbor
www.cshl.edu