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Séquençage du blé : la part d’ombre des génomes examinée

La première séquence de référence du génome de blé a été publiée le 17 août 2018 dans la revue Science, fruit d’un travail d’un consortium international. Au-delà de l’identification des séquences codant les 107000 gènes répertoriés (et les applications potentielles en agronomie), ce séquençage a permis aussi de découvrir des aspects inattendus de l’organisation du génome et de l’importance des éléments le structurant.

Noyaux de méiocytes de blé tendre au stade mid-zygotène (prophase I de la méiose) observés au microscope confocal (LSM 800). Un immunomarquage permet de visualiser les protéines Asy1 (Asynaptic protein1, vert) et Zip1 (Zipper protein1, rouge) impliquées dans l'appariement des chromosomes homologues en méiose.. © Inra, Fatiha Benyahya
Mis à jour le 17/08/2018
Publié le 17/08/2018

Cette séquence de référence, d’une qualité inégalée jusqu’alors, a nécessité plus de 10 ans de travail. Il est ainsi possible d'étudier plus finement l’organisation des gènes, la régulation de leur expression ou encore les mécanismes évolutifs ayant façonné ce génome récemment. Mais séquençage ne veut pas dire compréhension du fonctionnement de ce génome, qui demeure une zone d’ombre importante.

Une étude complémentaire, sur les éléments transposables du génome, semble souligner l’utilité de ces éléments dans la machinerie génomique. A l’aide des données obtenues, la publication essaie de caractériser finement les éléments transposables : nombre, proportion des différents types ou « familles », position relative.

Les éléments transposables sont des segments d’ADN pouvant se déplacer de manière « autonome » dans la séquence. Ces séquences mobiles (ou dérivées d’éléments mobiles) sont un moteur important de l’évolution.

Relativement peu fréquents dans les petits génomes (les éléments transposables y ont toutefois toujours été trouvés), ils constituent une grande partie de l’ADN des grands génomes. Dans le génome du blé, particulièrement complexe, ce sont près de 4 millions d’éléments transposables qui ont été identifiés dans la présente étude, ce qui représente 85% du génome. Ils représentent le réservoir dynamique du génome, ce qui peut être perdu, dupliqué, transposé et qui évolue vite.

Ils peuvent parfois réguler l’expression de gènes. Ils jouent aussi un rôle structural comme constituants des centromères, zones clés pour la ségrégation des chromosomes au moment de la division cellulaire. Probablement, certains éléments sont indispensables au bon fonctionnement de la machinerie de division cellulaire.

Complexité du génome et rôle clé de l’architecture

Le blé tendre moderne résulte d’une histoire complexe d’hybridations entre trois espèces proches, qui ont donné naissance à une espèce polyploïde regroupant trois sous-génomes, appelés A, B et D, hérités de ces progéniteurs.

L’étude menée a permis de montrer qu'en dehors des gènes, les séquences des sous-génomes A-B-D du blé tendre sont très différentes car ceux-ci ont évolué indépendamment pendant environ 3 millions d’années avant de fusionner au sein du même noyau. Mais, fait marquant, bien que très différents, c'est la conservation de certains paramètres qui frappe : les quelque 500 familles d'éléments transposables qui composent ces trois sous-génomes sont globalement les mêmes et leur proportion sont restées très stables entre A, B et D. Le turn-over important inhérent à ces éléments aurait pourtant laissé imaginer une grande divergence. C'est tout l'inverse qui apparaît. Difficile d'imaginer une telle conservation si les éléments transposables ne servaient à rien. Au contraire, ça semble souligner leur utilité et suggère des contraintes structurales liées au fonctionnement du génome. On peut penser que ce ne sont pas les éléments transposables eux-mêmes, pris individuellement, qui seraient importants (au-delà de cas particuliers comme régulateurs de gènes), mais l’architecture qu'ils sous-tendent. Si ceci était connu pour les centromères, l'étude suggère un rôle similaire à l'échelle du génome complet. Elle montre, par exemple, que l’espacement entre les gènes a tendance à être conservée entre A, B et D, alors que les éléments transposables qui composent ces régions ont été totalement remplacés depuis leur divergence il y a 3 millions d'années. Des raisons fonctionnelles de cette structure pourraient exister.

« Globalement, c’est comme s'il y avait une force qui maintenait une architecture du génome importante pour son bon fonctionnement », explique F Choulet, ingénieur de recherche Inra, l’un des acteurs majeurs de ce travail.

En conclusion, les données obtenues par ce séquençage ont permis de comprendre l’évolution récente des éléments transposables et de mieux cerner l’importance de l’architecture du génome : des points inattendus de leur dynamique suggèrent une utilité dans l’organisation de la chromatine.

Dans ce domaine, on commence à peine à discerner les possibles et on a encore beaucoup à apprendre, venant notamment de l'étude de la conformation tridimensionnelle des chromosomes au sein du noyau, discipline en plein essor actuellement. De nouvelles découvertes en perspective…

 

Contact : Frédéric Choulet, UMR GDEC

Référence : Wicker T., Gundlach H., Spannagl M., Uauy C., Borrill P., Ramirez-Gonzalez R. H., De Oliveira R., IWGSC, Mayer K. F. X., Paux E., Choulet F. Impact of transposable elements on genome structure and evolution in bread wheat. Genome Biology. 2018;10.1186/s13059-018-1479-0

Voir aussi :

- Communiqué de presse sur le séquençage du génome du blé : http://presse.inra.fr/Communiques-de-presse/sequencage-du-genome-du-ble

- Technologie : comprendre les puces à ADN : http://www.ara.inra.fr/Toutes-les-actualites/Puces-a-ADN