Le pollinisateur de téosinte (TPD) Il s'agit d'un système génétique égoïste chez les hybrides maïs-téosinte, qui ne permet qu'au pollen contenant à la fois la toxine et l'antidote de survivre. Ici, nous voyons la partie productrice de pollen de l'hybride maïs-téosinte. Crédit : Jon Cahn/Laboratoire Martienssen
Des chercheurs du Cold Spring Harbor Laboratory ont retracé la domestication du maïs jusqu'à ses origines il y a 9 000 ans, mettant en évidence son croisement avec le teosinte mexicana pour son adaptabilité au froid.
La découverte d'un mécanisme génétique connu sous le nom de Teosinte Pollen Drive par le professeur Rob Martienssen fournit un lien essentiel pour comprendre l'adaptation et la distribution rapides du maïs à travers l'Amérique, mettant en lumière les processus évolutifs et les applications agricoles potentielles.
Les scientifiques du Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) ont commencé à percer un mystère millénaire. Notre histoire commence il y a 9 000 ans. C'est à cette époque que le maïs a été domestiqué pour la première fois dans les basses terres mexicaines. Quelque 5 000 ans plus tard, la culture a été croisée avec une espèces des hauts plateaux mexicains appelé téosinte mexicaine. Cela a donné naissance à une adaptabilité au froid. De là, le maïs s'est répandu sur tout le continent, donnant naissance au légume qui occupe aujourd'hui une place importante dans notre alimentation. Mais comment s'est-il adapté si rapidement ? Quels mécanismes biologiques ont permis aux caractéristiques de cette plante des hautes terres de s'imposer ? Aujourd'hui, une réponse potentielle émerge.
Informations génétiques issues d'un hybride inhabituel
Le professeur du CSHL et chercheur du HHMI, Rob Martienssen, a étudié ARN L'interférence, le processus par lequel de petits ARN rendent les gènes silencieux, a duré plus de 20 ans lorsque Jerry Kermicle, chercheur à l'Université du Wisconsin, a fait une observation curieuse. Ses expériences de croisement d'hybrides de téosinte semi-stériles avec du maïs traditionnel avaient provoqué chez leur progéniture un comportement très inhabituel. Avec une hérédité normale, la progéniture aurait dû devenir complètement stérile ou fertile. Mais peu importe le nombre de fois que Kermicle croisait les hybrides avec du maïs, toute la progéniture était également semi-stérile. Que se passait-il ?
TPD assure que certains traits sont toujours transmis en empoisonnant certaines cellules reproductrices avec une toxine et en donnant l'antidote à d'autres. À gauche : maïs semi-stérile avec seulement la toxine. À droite : maïs viable avec à la fois la toxine et l'antidote. Crédit : laboratoire Martienssen/Cold Spring Harbor Laboratory
La découverte du pollen de téosinte
Pour le savoir, Martienssen et l’étudiant diplômé Ben Berube ont séquencé les génomes de centaines de grains de pollen de la progéniture semi-stérile. Ils ont découvert que les mêmes sections du génome de la téosinte étaient présentes dans chacun d’eux.
« Il y avait deux parties du génome, l’une sur le chromosome 5 et l’autre sur le chromosome 6, qui étaient toujours héritées. Cela nous a permis de savoir que les gènes responsables devaient se trouver dans ces régions », explique Martienssen.
Conséquences pour l’agriculture et l’évolution
Sur le chromosome 5, ils ont découvert qu'un gène appelé Similaire à Dicer 2 crée un groupe de petits ARN qui sont toujours présents dans les hybrides semi-stériles, mais pas dans le maïs traditionnel. Grâce à cette découverte, le laboratoire Martienssen a pu identifier ce qu'ils appellent Le pollen de téosinte (TPD). Ce système génétique « égoïste » élimine les grains de pollen concurrents qui ne possèdent pas le système de commande génétique. Il fait en sorte que les hybrides maïs-téosinte transmettent certains caractères aux mâles plus souvent qu’aux femelles. Cette découverte pourrait avoir des implications importantes pour l’industrie agricole. Mais aux yeux de Martienssen, la découverte est encore plus importante que ses applications potentielles dans le contrôle des mauvaises herbes.
« Je suis plus enthousiasmé par les aspects évolutifs, par ce que cela pourrait signifier pour le processus de domestication, et par la façon dont cela aurait pu être beaucoup plus rapide que nous le pensions », explique Martienssen.
Relier le passé au présent du maïs
Si la téosinte mexicaine est « le Néandertalien du maïs », a peut-être découvert Martienssen TPD Le « chaînon manquant » du maïs. Cette découverte pourrait expliquer comment le maïs a prospéré à travers l'Amérique, mais aussi pourquoi certains petits ARN sont si courants dans les spermatozoïdes des plantes et des animaux, y compris les nôtres.
Financement: Instituts nationaux de la santéProgramme de recherche sur le génome végétal de la National Science Foundation, Institut médical Howard Hughes, National Science Foundation
