Une nouvelle étude dans Rapports scientifiques révèle des différences significatives dans la région organisatrice du nucléole (NOR) des génomes américains et chinois du châtaignier. Cette disparité remet en question les hypothèses sur leur compatibilité en hybridation pour la résistance à la brûlure.
Implications potentielles pour la restauration du châtaignier d’Amérique et la résistance à la brûlure.
Les chromosomes des châtaigniers américains et chinois ne sont finalement pas si similaires, du moins dans une région clé du génome : la région organisatrice du nucléole (NOR).
La découverte, publiée aujourd’hui (15 janvier) dans un article de Rapports scientifiquesa des implications majeures pour quiconque souhaite conférer une résistance au châtaignier américain par hybridation avec le châtaignier chinois.
« Il s’agit d’une découverte sans précédent dans le domaine de la cytologie végétale », déclare Nurul Faridi, généticien du Service forestier et auteur principal de l’étude.
Comprendre la sélection par rétrocroisement
Sélection traditionnelle par rétrocroisement, impliquant l’hybridation entre deux espèces, vise à combiner un mélange idéal de caractères de deux espèces sans génie génétique. Le rétrocroisement ne peut réussir que lorsque les chromosomes des deux espèces sont compatibles. Étant donné que les hybrides de châtaigniers sino-américains sont viables, les gens supposent que les deux espèces sont hautement compatibles. Mais la nouvelle étude révèle des différences significatives dans le NOR des deux espèces.
Le châtaignier est un arbre feuillu à feuilles caduques connu pour ses grandes feuilles dentelées et la production de châtaignes comestibles. Il appartient au genre Castanea et est originaire de diverses régions du monde, notamment d’Europe, d’Asie et d’Amérique du Nord. Les châtaigniers peuvent atteindre des hauteurs impressionnantes et sont appréciés pour leur bois et les délicieuses noix qu’ils produisent. Ces arbres ont joué un rôle important dans l’histoire de l’humanité, fournissant à la fois de la nourriture et du bois à diverses fins.
Le rôle du NOR
Le NOR fait partie de chaque cellule végétale et animale. Il contient les instructions génétiques nécessaires à la fabrication des ribosomes – les machines moléculaires qui fabriquent les protéines essentielles à la vie.
Le NOR est situé près de l’extrémité du bras court d’un chromosome particulier. Il est présent sur les deux espèces, mais chez le châtaignier de Chine, il est rempli d’un type de ADN connue sous le nom d’hétérochromatine et constitue environ 25 % du chromosome. La structure et la composition de cet ADN ont surpris les chercheurs : il est très condensé, dépourvu de contenu génétique et inactif sur le plan transcriptionnel. En revanche, le satellite américain Chestnut est très petit et semble euchromatique. Les régions euchromatiques de l’ADN sont actives sur le plan transcriptionnel.
Révéler la découverte
Faridi a d’abord remarqué une petite paire de chromosomes de châtaignier chinois présentant une fluorescence très brillante avec un microscope spécialisé, un filtre UV et un colorant qui se lie à l’ADN.
Faridi a utilisé une technique appelée hybridation fluorescente in situ (FISH) pour analyser plus en détail la découverte.
« Nos images FISH de haute qualité fournissent une preuve sans équivoque de cet arrangement unique d’ADN », explique Faridi. « Ces images ne sont pas que des images ; ils témoignent de la nature dynamique du matériel génétique.
Chromosome satellite pour les deux espèces (châtaignier de Chine à gauche, châtaignier d’Amérique à droite). Comme tous les chromosomes, ceux-ci sont constitués de chromatine – un mélange de molécules d’ADN et de protéines. Il existe plusieurs types de chromatine. La pointe bleu vif du châtaignier chinois indique un ADN hétérochromatique, et la couleur violet plus clair de la pointe peut représenter l’ADN euchromatique. Toute la région du satellite américain Chestnut semble être euchromatique. Crédit : Image du Service forestier de l’USDA par Nurul Faridi
Faridi travaille avec FISH depuis 1991 et possède une vaste expérience dans la préparation de chromosomes végétaux pour les analyses. Les chromosomes bien séparés des extrémités des racines digérées par enzyme et qui sont pour la plupart exemptes de parois cellulaires, de membranes nucléaires et de débris cytoplasmiques sont les meilleurs pour le FISH.
La plupart des images FISH sont obtenues à partir de cellules animales, car les cellules végétales, et en particulier les arbres, sont plus difficiles à utiliser. Faridi a découvert que les châtaigniers sont beaucoup plus difficiles à travailler que les pins et les peupliers.
Le chemin à parcourir
Les chercheurs utiliseront une technique appelée oligonucléotide FISH pour approfondir leurs recherches. Oligo-FISH utilise de courtes sondes d’ADN spécifiques acquises lors du séquençage de l’ADN. Puisque les génomes entiers du châtaignier américain et chinois ont été séquencés, oligo-FISH permettra aux chercheurs de réaliser des études génétiques détaillées qui permettront de discerner de subtiles différences génomiques. La technique est particulièrement utile pour étudier les hybrides car elle peut indiquer de quel parent provient un gène.
Progrès vers la résistance à la brûlure
Les progrès dans le développement d’hybrides de châtaigniers d’Amérique présentant la hauteur du châtaignier d’Amérique et la résistance à la brûlure du châtaignier de Chine ont été significatifs. Cependant, les hybrides les plus avancés ne présentent actuellement pas suffisamment de résistance au mildiou pour être restaurés, comme l’ont montré des recherches antérieures du Service forestier.
Outre Faridi et C. Dana Nelson de la station de recherche sud du service forestier de l’USDA, l’équipe de génétique comprenait des chercheurs de la Texas A&M University, de la Pennsylvania State University, de l’Université du Kentucky et de l’American Chestnut Foundation.
