Pendant des millénaires, l’évolution des tomates a naturellement muté, les humains sélectionnant plus tard leurs traits préférés. Désormais, l’édition du génome CRISPR permet des changements encore plus précis. Des chercheurs du Cold Spring Harbor Laboratory ont étudié la prévisibilité de la sélection de tomates avec des mutations naturelles et induites par CRISPR. Leurs découvertes révèlent que les mutations « de fond » issues de l’histoire évolutive et agricole peuvent avoir un impact significatif sur le résultat des mutations artificielles. Cela souligne la nécessité de comprendre et de prendre en compte ces mutations de fond lors de l’introduction de nouveaux changements génétiques.
Depuis des dizaines de milliers d’années, l’évolution a façonné les tomates grâce à des mutations naturelles. Une fois que les humains sont entrés en scène, ils ont passé des siècles à cultiver des tomates, en sélectionnant leurs caractéristiques préférées. Aujourd’hui, l’édition du génome CRISPR nous permet de réaliser de nouvelles mutations de cultures qui améliorent encore davantage les caractères. Cependant, les mutations individuelles, qu’elles soient naturelles ou artificielles, ne fonctionnent pas seules.
Chacun opère dans un océan de milliers de mutations dites « de fond ». Ces changements ont été semés par l’évolution et l’histoire agricole. Et si une seule personne pouvait modifier radicalement le résultat souhaité d’une mutation artificielle ?
Étude sur la prévisibilité génétique des tomates
Aujourd’hui, un généticien végétal et un informaticien du Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) se sont associés pour explorer à quel point la sélection végétale est prévisible avec les mutations naturelles et CRISPR. Pour ce faire, ils ont remonté le temps de l’évolution.
Zachary Lippman, professeur au CSHL et chercheur au HHMI, et David McCandlish, professeur agrégé, se sont demandé si différentes mutations naturelles et artificielles pourraient avoir des effets similaires sur la taille de la tomate en fonction de la présence de deux autres mutations génétiques. Grâce à CRISPR, ils ont créé une série de mutations dans le SlCLV3 gène. (On sait que la mutation naturelle de ce gène augmente la taille des fruits.) Ils ont ensuite combiné ces mutations avec d’autres dans des gènes qui fonctionnent avec SlCLV3.
Les scientifiques du Cold Spring Harbor Laboratory ont créé une collection de plus de 40 souches de tomates présentant des mutations naturelles et artificielles affectant la taille des fruits. Les variétés ont été cultivées sur plusieurs années et dans plusieurs zones géographiques, notamment en Floride et à Cold Spring Harbor, dans l’État de New York. Crédit : Laboratoire Lippman/Laboratoire de Cold Spring Harbor
Au total, ils ont créé 46 souches de tomates présentant différentes combinaisons de mutations. Ils ont trouvé le SlCLV3 les mutations produisaient des effets plus prévisibles lorsque certaines autres mutations étaient également présentes. Les mutations dans un gène ont produit des changements prévisibles dans la taille des tomates, mais les mutations dans un autre ont donné des résultats aléatoires. Remarquablement, l’effet le plus bénéfique impliquait deux mutations apparues il y a des millénaires et jouant un rôle central dans la domestication de la tomate.
Implications pour l’édition du génome
De nouvelles recherches menées par McCandlish et Lippman pourraient nous aider à mieux comprendre la prévisibilité génétique. Mais une chose est sûre. Le contexte est important lors de l’introduction de nouvelles mutations de cultures. Lippman explique :
« L’édition du génome est-elle un moyen d’apporter rapidement des avantages aux consommateurs : une meilleure saveur, une meilleure nutrition ? La réponse est probablement oui. La question est de savoir dans quelle mesure cela sera prévisible.
Une collection de tomates avec différentes combinaisons de mutations artificielles et naturelles. Les mutations ont affecté le nombre de loges, ou poches de graines, entraînant des tailles de fruits différentes. Lyndsey Aguirre, diplômée de l’École des sciences biologiques du CSHL, a dirigé le projet. Crédit : Laboratoire Lippman/Laboratoire de Cold Spring Harbor
Les travaux de Lippman et McCandlish suggèrent que le rôle des mutations de fond nécessite une réévaluation. « Le domaine devra s’attaquer à ce problème à mesure que nous commencerons à créer des organismes de plus en plus sophistiqués », explique McCandlish. « Une fois que vous commencez à effectuer 10, 20 mutations, la probabilité d’obtenir des résultats imprévus peut augmenter. »
Décrypter le code génétique de l’évolution
Le livre de l’évolution a été écrit dans toutes les langues, dont beaucoup sont encore en train d’être apprises. La génétique végétale et la biologie computationnelle offrent deux moyens de déchiffrer le texte. Lippman et McCandlish espèrent que leur interprétation collaborative aidera la science à relever le défi. À l’avenir, cela pourrait également aider l’humanité à adapter ses cultures pour répondre aux besoins en constante évolution de la société.
L’étude a été financée par la National Science Foundation, les Hearst Foundations, la Instituts nationaux de la santéla Fondation Alfred P. Sloan et le Howard Hughes Medical Institute.
