URBANA, Illinois - Les scientifiques se rapprochent de la recherche des gènes de la masculinité dans le chanvre aquatique et l'amarante de Palmer, deux des mauvaises herbes agricoles les plus gênantes aux États-Unis
La découverte des gènes pourrait permettre de nouvelles méthodes de «contrôle génétique» des mauvaises herbes qui, dans de nombreux endroits, ne répondent plus aux herbicides.
«Si nous savions quels gènes contrôlent la masculinité et que nous pouvions faire proliférer ces gènes au sein de la population, chaque plante sur le terrain serait un mâle après quelques générations, et théoriquement, la population s'écraserait», explique Pat Tranel, professeur et directeur associé. dans le Département des sciences des cultures au Université de l'Illinois et auteur principal d'une étude sur New Phytologist.
Tranel et ses collègues avaient précédemment identifié des marqueurs moléculaires associés à la région génomique masculine. Après séquençage des génomes des mauvaises herbes mâles pour les deux espèces, les chercheurs ont pu utiliser ces marqueurs pour se concentrer sur la région spécifique du mâle. Maintenant, ils sont entre 120 et 150 gènes pour trouver leur cible.
«Nous sommes convaincus que la plupart de ces quelque 120 gènes ne font probablement rien. Ce sont juste des choses qui s'accumulent dans cette région du génome », dit Tranel. «Si je devais deviner, je dirais que peut-être 10 d'entre eux font réellement quelque chose de pertinent.»
La réduction des gènes liés au sexe dans ces mauvaises herbes pourrait avoir une valeur pratique pour le contrôle, mais l'étude met également en lumière le phénomène de la dioécie - organes sexuels mâles et femelles sur des individus séparés - plus généralement. La grande majorité des animaux sont dioïques, mais c'est rare dans les plantes. Plus de 90% des plantes à fleurs ont les deux organes sexuels sur le même individu, et souvent dans la même fleur.
Le chanvre d'eau et l'amarante de Palmer, cependant, sont dioïques.
Dioecy signifie qu'il est impossible pour une plante de s'auto-polliniser; au lieu de cela, les gamètes femelles doivent être fécondées par le pollen mâle d'une autre plante. C'est une bonne chose pour assurer la diversité génétique d'une population. Et c'est probablement ce qui a rendu le chanvre d'eau et l'amarante de Palmer si réussis à éviter les effets néfastes de plusieurs herbicides.
«À ce jour, le chanvre d'eau et l'amarante de Palmer ont développé une résistance aux herbicides couvrant respectivement sept et huit modes d'action. La reproduction dioïque a pour résultat que tous ces traits de résistance sont mélangés et appariés au sein des individus. Ce mélange a permis aux populations des deux espèces de combiner de multiples résistances aux herbicides, laissant les producteurs avec peu de choix d'herbicides efficaces », explique Tranel.
Comprendre le phénomène rare de la dioécie chez les plantes peut aider les scientifiques à comprendre comment les traits sont hérités de chaque parent et à comprendre comment le phénomène évolue.
Contrairement aux animaux, dans lesquels on pense que la dioécie n'a évolué qu'une seule fois, les scientifiques pensent que la dioécie des plantes a évolué de nombreuses fois. Et, selon l'étude de Tranel, il semble avoir évolué indépendamment dans le chanvre d'eau et l'amarante de Palmer, deux espèces très étroitement liées.
«Je ne suis pas prêt à dire que nous savons absolument qu'ils ont évolué séparément, mais toutes les informations que nous avons trouvées soutiennent cette idée. Seuls deux des 120-150 gènes étaient similaires entre les deux espèces », dit Tranel.
L'un de ces gènes communs, Florigen, aide les plantes à répondre à la durée du jour en initiant la floraison. Tranel ne sait pas encore si cela détermine le sexe des fleurs, mais il est intrigué que cela soit apparu dans la région Y spécifique du mâle pour les deux espèces.
«Nous ne savons pas avec certitude, mais peut-être est-ce que les mâles fleurissent plus tôt que les femelles. Cela pourrait être avantageux pour les mâles, car ils perdraient du pollen lorsque les premières femelles deviendraient réceptives. Donc, si, en fait, Palmer et le chanvre d'eau ont vraiment fait évoluer la dioécie séparément, mais tous deux ont acquis ce gène Florigen pour un avantage de forme physique, ce serait un bon exemple d'évolution parallèle.
Tranel espère réduire encore plus la région Y spécifique du mâle dans les deux espèces pour isoler les gènes qui déterminent la masculinité. Il n'y a aucune garantie qu'une solution de contrôle génétique sera développée une fois ces gènes identifiés - Tranel aurait probablement besoin d'attirer des partenaires industriels pour cela - mais disposer d'un tel outil n'est pas aussi loin qu'il l'était autrefois.
L'article, «Régions chromosomiques Y spécifiques à l'homme dans le chanvre d'eau (Amarante tuberculatus) et l'amarante de Palmer (Amarante palmeri) », Est publié dans New Phytologist [EST CE QUE JE: 10.1111 / nph.17108]. Les auteurs incluent Jacob Montgomery, Darci Giacomini et Pat Tranel de l'Université de l'Illinois, et Detlef Weigel de l'Institut Max Planck pour la biologie du développement. Le projet a été soutenu par le Institut national de l'alimentation et de l'agriculture de l'USDA et la société Max Planck.
Le Département des sciences des cultures est dans le Collège des sciences agricoles, de la consommation et de l'environnement au Science des mauvaises herbes de l'Illinois.