Zoom sur la complexité génétique chez les plantes

Pour survivre et coloniser des milieux très divers, la plante doit s’adapter aux fluctuations de l’environnement. Les végétaux ont évolué en apportant des réponses très diversifiées à ces variations de contexte en étant très plastiques, en particulier concernant leur aspect (plasticité phénotypique), y compris au sein d’une même espèce.

Grâce au Phenoscope, un robot de culture permettant de faire du phénotypage haut-débit en conditions strictement contrôlées et reproductibles (voir encadré), les chercheurs de l’Inra ont réussi à décrypter les bases génétiques de cette diversité végétale. Sur le Phenoscope, plus de 700 plantes cultivées d’Arabidopsis thaliana sont en mouvement continu et ainsi dans un environnement équivalent. Elles sont pesées, arrosées et photographiées très régulièrement.

Des approches de génétique quantitative exploitant différents croisements entre variétés sauvages ont permis de réaliser une cartographie des loci (QTL: Quantitative Trait Loci)¹ contrôlant des paramètres reliés à la croissance foliaire avec une précision jamais atteinte chez les plantes. La morphologie et la croissance de la rosette, partie aérienne de la plante d'arabidopsis, ont été analysées en réponse à une limitation en eau modérée. Les chercheurs ont étudié différents critères de croissance cumulative et mesuré les vitesses de croissance pour la descendance de 4 croisements entre variétés d'arabidopsis (populations recombinantes, RILs). Ils se sont ensuite concentrés en particulier sur 2,5 % (soit 3 Mégabases) du génome de la plante modèle arabidopsis dans un seul croisement. Les scientifiques ont ainsi révélé une 'architecture génétique' sous-jacente des plus complexe : dans cette région du génome par exemple, un gène ayant un effet fort sur la variation de croissance masquait en fait plusieurs autres gènes ayant des effets indépendants et plus limités. La prise en compte de ces effets masqués en cartographie de QTL est importante pour comprendre la variation de ce caractère quantitatif.

Étudier ainsi la variabilité naturelle pour la croissance chez une espèce sauvage comme arabidopsis, ouvre la porte à la découverte de nouveaux variants de réponse aux stress contrôlant des caractères d’intérêt adaptatif et agronomique. Un changement d’échelle en biologie prédictive ou digitale pourrait s’annoncer : les résultats de cette étude suggèrent que l’on sous-estime probablement beaucoup la complexité génétique à la base de la diversité phénotypique.

<sup>1. Un locus de caractère quantitatif (en anglais : QTL pour quantitative trait loci) est une région plus ou moins grande du génome qui est étroitement associée à un caractère quantitatif, c'est-à-dire une région chromosomique où sont localisés un ou plusieurs gènes à l'origine de la variation du caractère en question.
2. Le Centre de ressources biologiques Arabidopsis thaliana c’est : des collections internationales hébergées à l’IJPB, une collection de variétés sauvages (~1500 accessions) issues du monde entier, 16 populations recombinantes « Recombinant Inbred lines » (RILs) ; ainsi que plusieurs collections de mutants représentatives de l’ensemble du génome de la plante
3. https://www.observatoire-vegetal.inra.fr/Observatoire-du-Vegetal</sup>