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Le génome d’une petite tomate sauvage livre les secrets de sa tolérance à la sécheresse

Dans le cadre d’une vaste collaboration internationale, des chercheurs de l'Institut et leurs collègues ont séquencé le génome d’une tomate sauvage, Solanum pennellii. Ils ont notamment identifié des gènes majeurs impliqués dans la tolérance à la sécheresse et suggéré que les éléments transposables joueraient un rôle important dans la tolérance au stress.

Publié le 27 février 2015

illustration Le génome d’une petite tomate sauvage livre les secrets de sa tolérance à la sécheresse
© INRAE

Originaires d'Amérique du Sud d’où elles sont arrivées au XVIème siècle, les tomates que nous consommons aujourd’hui résultent d’un long processus d’amélioration. Si celui-ci a contribué à créer des lignées cultivées qui expriment des caractères d’intérêt initialement présents chez les plantes sauvages, il pourrait toutefois, être encore optimisé si l’on connaissait mieux le génome des tomates sauvages.
Parmi celles-ci Solanum pennellii. Très résistante aux stress et en particulier à la sécheresse, elle a été souvent utilisée dans des croisements classiques avec la tomate cultivée S. lycopersicum et les lignées dites d’introgression dans lesquelles de grandes régions génomiques de S. lycopersicum sont remplacées par les segments correspondants de S. pennellii arborent des performances agronomiques nettement supérieures. Tout récemment, une équipe internationale de scientifiques, à laquelle ont participé des chercheurs de l’Inra Versailles-Grignon, a séquencé et analysé son génome, ouvrant ainsi la voie à une meilleure compréhension des fondements génétiques des caractères d’intérêt de ce fruit.

Un génome de grande taille envahi par les éléments transposables

Petite par la taille de son fruit, S. pennellii n’en renferme pas moins un génome de très grande taille - 942 Mb, légèrement supérieure à celui de sa cousine cultivée S. lycopersicum - 781 Mb, et qui montre une accumulation importante d’éléments transposables - des séquences répétées et mobiles d’ADN capables de se multiplier de manière autonome dans le génome où elles n’ont généralement pas de fonction identifiée.
Ces éléments représentent plus de 80 % du génome de S. pennellii dont près de la moitié sont des séquences portant de longues répétitions terminales (en anglais long terminal repeats ou LTR).

Réduire les pertes d’eau et s’adapter à la sécheresse, tout est dans le génome et…. dans la cuticule

Parmi les 32 000 gènes que compte le génome de S. pennellii, les scientifiques ont mis en évidence que les gènes impliqués dans la synthèse des lipides montraient des signes de sélection positive (p. ex. évolution rapide). Ils ont également montré que la cuticule de S. pennellii présente une teneur accrue en cires, qui vient en renforcer la fonction naturelle, à savoir éviter la perte d'eau à travers les feuilles. Enfin, ils ont établi que le niveau d’expression des gènes impliqués dans la synthèse des différents composants de la cuticule différait entre tomate sauvage et tomate cultivée.
Tout laisse donc à penser que chez S. pennelli, la cuticule aurait été le siège d’une adaptation permettant de réduire les pertes d’eau par transpiration et de faciliter la survie en milieu aride.

Quand les éléments transposables interviennent dans la régulation de l’expression des gènes liés au stress

Les chercheurs ont exploré plus avant les gènes codant pour des caractères d’intérêt, sélectionnant 389 gènes potentiellement impliqués dans la réponse au stress, dont 100 concernés par la tolérance à la sécheresse et au sel.
Des investigations plus poussées ont révélé que la distribution des éléments transposables aux abords de ces gènes, dont ceux appartenant aux sous-groupes Gypsy et Copia, diverge entre les plantes sauvages et cultivées. Cette configuration s’accompagne d’une expression différente des gènes liés au stress suggérant que les éléments transposables seraient susceptibles de réguler l’expression des gènes liés au stress.
La tolérance de S. pennellii, notamment à la sécheresse, pourrait ainsi être portée tout à la fois par l’évolution spécifique des gènes déterminant la composition de la cuticule et par l'association non aléatoire d’éléments transposables avec des gènes de réponse au stress, suggérant un rôle de ces éléments transposables dans l’adaptation de la tomate.

Cette étude, qui conjugue génétique, informatique et biochimie, montre comment des ressources génétiques peuvent être utilisées pour élucider la base génétique de caractères d’intérêt et pour expliquer, dans le cas de la tomate, les caractéristiques des lignées d’introgression. Dans le contexte de l'amélioration des plantes cultivées, et donc de nos ressources alimentaires, elle apporte aussi un nouvel éclairage sur les mécanismes qui ont permis la diversification de cette espèce au cours de l’évolution et son adaptation à de nouveaux environnements.

 

 

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Catherine Foucaud-ScheunemannRédactrice

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