Démêler la génétique de l’endoderme racinaire des plantes
Les organismes vivants compartimentent tout, des organes jusqu’au niveau cellulaire. En effet, il est essentiel pour le bon fonctionnement biologique de séparer des éléments tels que les nutriments et de contrôler la façon dont ils se répandent. Les racines des plantes se compartimentent grâce à une barrière cylindrique appelée endoderme. Les bandes de Caspary (BC) constituent l’une des structures cellulaires de cet endoderme, elles contrôlent le flux de nutriments dans la partie centrale des racines. Les mutants incapables de former cette barrière présentent un retard de croissance et des difficultés à faire face à des conditions environnementales stressantes. Il est donc utile de comprendre comment les plantes développent les BC, tant d’un point de vue fondamental que pratique. «L’élucidation des mécanismes moléculaires à l’origine de leur établissement est susceptibles d’accroître nos connaissances générales sur la croissance des plantes», explique Anaxi Houbaert, chercheur postdoctoral au département de biologie moléculaire végétale de l’Université de Lausanne(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et chercheur principal du projet Wall-E. «En identifiant toutes les protéines impliquées dans le développement des BC, on pourrait également imaginer de modifier génétiquement les cultures pour qu’elles soient plus résistantes aux environnements stressants.» Au cours de la dernière décennie, des progrès significatifs ont été réalisés dans l’identification des protéines nécessaires à la fabrication des BC, mais la génétique sous-jacente est complexe: plusieurs gènes ont la même fonction, et certains gènes ont plusieurs fonctions. Dans le cadre de Wall-E, financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), Anaxi Houbaert a dirigé une équipe qui, en reconstituant le processus de construction des BC à partir de la base, a mis au point un procédé de sélection innovant pour élucider ce mystère génétique.
Trouver les bons gènes grâce à un régulateur principal
Pour définir l’ensemble de gènes minimalement suffisant, Anaxi Houbaert et ses collègues se sont concentrés sur un facteur de transcription (qui régule l’activité des gènes) appelé myb36. Ce dernier régule des gènes essentiels à la construction des BC. «Myb36 est un “master regulator”, sans lui, il n’y a tout simplement pas de construction de bandes de Caspary», explique Anaxi Houbaert. Dans les plantes mutantes où myb36 est désactivé, environ 150 gènes ne fonctionnent plus, mais il est peu probable que ces 150 gènes soient tous responsables de la construction des bandes. L’équipe a donc commencé par réduire la liste des gènes à rechercher, sur la base de connaissances préalables, de prédictions et d’hypothèses raisonnables. Les chercheurs sont ainsi parvenus à une liste de 60 gènes candidats. Ils ont ensuite transformé le mutant myb36, ce qui lui a permis d’exprimer cinq gènes précédemment caractérisés et essentiels à la construction des BC. Même si ces cinq gènes clés sont exprimés, la plante ne peut toujours pas construire de BC. L’équipe prévoit maintenant d’utiliser la technologie d’activation génique CRISPR (CRISPRa) pour trouver, parmi la liste des 60 candidats, les gènes qui améliorent la formation des bandes.
Progrès des techniques génétiques
Le projet Wall-E a démontré avec succès l’utilisation de CRISPR pour coactiver plusieurs gènes impliqués dans le même circuit génétique, et le nouveau processus de criblage pourrait être utilisé avec d’autres organismes. «Prendre la génétique à l’envers en essayant de reconstruire une structure à partir de zéro à l’aide d’un écran de reconstitution représente un outil puissant pour découvrir de nouvelles fonctions génétiques», note Anaxi Houbaert. Il est par ailleurs susceptible de mettre en évidence les lacunes dans notre compréhension d’une voie moléculaire, ajoute le scientifique. Si l’activation de gènes spécifiques dans une voie n’entraîne pas le rétablissement d’une fonction, cela montre que d’autres gènes sont également essentiels. «Cette approche pourrait être appliquée à n’importe quelle voie et à différents organismes modèles, car il a été démontré que les systèmes d’activation CRISPR fonctionnent bien tant chez les animaux que chez les plantes», souligne Anaxi Houbaert. «Le seul prérequis est d’avoir des connaissances préalables sur une voie donnée pour sélectionner les gènes candidats.»
Mots‑clés
Wall-E, plante, racine, croissance, bandes de Caspary, cellulaire, nutriments, CRISPR, gène, activation
