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La variabilité des bouleaux expliquée par le séquençage de leur ADN

Les arbres remplissent des fonctions précieuses, comme la séquestration du carbone, la fourniture de bois et le maintien des écosystèmes. En explorant le profil génétique du bouleau argenté, le projet BETWOOD, financé par l'UE, a cherché à en apprendre plus sur leur adaptabilité.
La variabilité des bouleaux expliquée par le séquençage de leur ADN
BETWOOD a exploité les dernières technologies de séquençage pour cartographier le génome de bouleaux issus de plusieurs populations géographiquement distinctes (en Europe centrale et orientale ainsi qu'en Sibérie et en Asie). Le séquençage du génome a également permis à l'équipe d'identifier des gènes candidats, tels que LAZY, provoquant l'apparition de formes particulières d'arbres, apportant ainsi des indices sur les processus d'adaptation. Plus tôt cette année, la revue Nature Genetics a présenté BETWOOD comme faisant partie intégrante d'une initiative plus vaste pour séquencer le génome du bouleau argenté.

«Nous pouvons maintenant identifier les bases moléculaires des caractères des arbres!»

Les chercheurs étaient depuis longtemps conscients des variations entre les bouleaux, qu'ils appartiennent à une même forêt ou à différentes régions géographiques dans le monde.

BETWOOD a tiré parti de nouvelles méthodes de séquençage de l'ADN pour rechercher les bases moléculaires de ces variations. Concernant la méthodologie employée, le Dr Kaisa Nieminen déclare que «Le séquençage à haut débit de l'ADN est aujourd'hui une méthode peu coûteuse, dont les prix ont fortement baissé au cours même du projet. Le véritable défi consistait donc à interpréter la bioinformatique qui en a résulté.» Pour répondre à cette question, le projet a formé une équipe complète de bioinformaticiens afin d'interpréter les nouvelles données génomiques.

En ce qui concerne l'analyse géographique du bouleau argenté (Betula pendula), utilisant ce que l'on appelle des balayages sélectifs, l'équipe a pu déterminer que l'adaptation locale avait influencé le calendrier des processus fondamentaux de la plante. L'équipe a observé que la variation des gènes fortement liés PHYC et FRS10, induisant la réponse à la lumière, était corrélée à la latitude, la longitude et la température. Cette même corrélation a été trouvée pour la variation du régulateur ARR1 favorisant la croissance en réponse aux cytokinines, ainsi que pour les gènes de développement du bois KAK et MED5A.

Dans l'analyse de formes particulières de croissance, BETWOOD a également identifié une mutation stop du cadre de lecture dans l'orthologue LAZY1 (gènes ayant évolué à partir d'un gène ancestral commun) du genre Arabidopsis. L'équipe s'efforce actuellement de confirmer si cette mutation explique le phénotype de «bouleau pleureur» que l'on trouve dans de nombreux jardins à travers l'Europe.

Ces polymorphismes et mutations formeront une base solide pour d'autres analyses génétiques des caractéristiques des arbres. Leader du projet sur le génome du bouleau, le professeur Ykä Helariutta fait la réflexion suivante: «Nous ne nous attendions pas à pouvoir identifier des gènes candidats pour certains traits en procédant à un simple re-séquençage du variant et en le comparant au génome de référence. Il y a cinq ans, une telle analyse n'était pas possible sur aucune espèce végétale, hormis Arabidopsis. Nous pouvons maintenant réellement identifier les bases moléculaires des caractères des arbres!»

Les travaux continuent à se diversifier.

Les forêts fonctionnent comme d'importants puits de carbone et sont donc essentielles pour lutter contre les changements climatiques. Le dioxyde de carbone est absorbé par les arbres grâce à la photosynthèse, mais le carbone libéré dans l'atmosphère par l'effet de serre est également directement déposé sur le tronc des arbres. Selon le professeur Katri Kärkkäinen, coordinatrice du projet, il est important de comprendre la physiologie de ce processus car, selon elle, «En changeant la composition de l'atmosphère, le réchauffement climatique affecte également la croissance des arbres. Le bois est d'autre part une importante ressource industrielle et le fait de mieux le comprendre permet de l'exploiter de façon plus durable et de lui trouver des usages entièrement nouveaux.»

Maintenant que BETWOOD a contribué à faire du bouleau un nouveau modèle génétique, l'équipe prévoit d'exploiter son court intervalle générationnel (environ un an, ce qui est très court pour un arbre) pour explorer plus avant les variations génétiques entraînant sa diversité géographique et phénotypique.

Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

BETWOOD, génome, séquençage de l'ADN, bouleau argenté, bioinformatique, Betula pendula, gène, adaptation, variation, formes de croissance, mutation, polymorphismes, Arabidopsis