L’inactivation du gène codant pour la phospholipase exprimé par le pollen génère des plants de riz avec un nombre de chromosomes haploïdes qui peuvent affiner les techniques de sélection.
La technologie à double haploïde peut accélérer considérablement la sélection des cultures avec des traits génétiques spécifiquement choisis.
Il utilise des plantes inductrices haploïdes qui sont ensuite croisées avec les cultures souhaitées.
Dans une nouvelle étude, des scientifiques coréens examinent OsMATL2, un nouveau gène inducteur haploïde présent dans le riz japonica. OsMATL2 est fortement exprimé dans le pollen et son inactivation génère des plants de riz avec un nombre de chromosomes haploïdes.
La recherche a le potentiel d’optimiser les méthodes de sélection pour la fixation des caractères souhaités.
La sélection conventionnelle n’est pas efficace en termes de temps pour créer des lignées consanguines avec les traits génétiques souhaités en raison de la nature diploïde des plantes, dans lesquelles elles ont deux ensembles de chromosomes, un de chaque parent. En revanche, la technologie de double haploïde utilise des plantes inductrices haploïdes génétiquement modifiées pour créer des cultures haploïdes doubles qui ont deux ensembles de chromosomes d’un seul parent.
Cette méthode agricole révolutionnaire peut créer des lignées de cultures consanguines en une seule génération, accélérant ainsi le processus de sélection.
Des études récentes ont révélé le potentiel de gènes spécifiques dans le déclenchement de l’induction haploïde, une étape clé de la technologie à double haploïde.
En particulier, le gène ZmMATL a été identifié comme une phospholipase spécifique du pollen dans le maïs qui joue un rôle dans l’induction haploïde dans les processus de reproduction de la plante. S’appuyant sur cette découverte, les chercheurs ont démontré la conservation de l’induction haploïde in vivo médiée par la phospholipase A spécifique au pollen chez diverses espèces de monocotylédones, y compris le riz indica, en mutant le gène OsMATL.
Cependant, le taux d’induction haploïde (HIR) s’est avéré n’être que de 6% au mieux, ce qui est bien inférieur à la norme de l’industrie, ce qui suggère la nécessité d’augmenter ce taux.
Dans une étude collaborative récente, des chercheurs coréens dirigés par le Dr Yu-Jin Kim de l’Université nationale de Pusan ont identifié OsMATL2, un gène potentiellement inducteur haploïde dans le riz Japonica (Oryza sativa japonica). Leur recherche a été publiée en ligne le 20 juillet 2023 dans Plant Physiology.
En utilisant une combinaison de gènes rapporteurs GUS, d’anticorps marqués par des protéines fluorescentes vertes et de réaction en chaîne de la polymérase quantitative à transcriptase inverse, l’équipe a observé que la protéine OsMATL2, une enzyme phospholipase, est fortement exprimée dans le pollen, principalement dans la membrane plasmique des cellules de la plante de riz japonica.
Pour évaluer le rôle d’OsMATL2 – le gène codant pour la protéine OsMATL2 – dans l’induction haploïde, l’équipe a utilisé le système CRISPR / Cas9 pour générer des mutants knock-out (sgOsMATL2) avec une expression supprimée de la protéine OsMATL2. Alors que les plantes diploïdes sgOsMATL2 ne présentaient aucun défaut végétatif par rapport au riz normal, leurs homologues haploïdes étaient nettement plus petites.
De plus, toutes les plantes sgOsMATL2 présentaient une réduction (environ 80 % de la normale) de la mise en graines. Plus important encore, les plantes haploïdes sgOsMATL2 ont montré une stérilité mâle en raison de graves défauts dans le développement du pollen.
Grâce à la cytométrie en flux et à la microscopie à fluorescence, les chercheurs ont observé que les plantes haploïdes sgOsMATL2 ne possédaient que la moitié moins de chromosomes que la normale, confirmant que l’inactivation du gène OsMATL2 déclenche effectivement l’induction haploïde.
Le HIR des plantes sgOsMATL2 a été observé à 6,34 % en moyenne, ce qui est légèrement supérieur au TRI déclenché par la mutation OsMATL. « La sélection traditionnelle des cultures nécessite plusieurs générations d’autocroisement. Les plantes OsMATL2 génétiquement modifiées peuvent être utilisées comme inducteur haploïde pour produire des lignées de riz parfaitement consanguines en une seule génération », a résumé le Dr Kim.
Cette étude a montré l’existence d’un nouveau gène inducteur haploïde dans le riz. Bien que les gènes OsMATL et OsMATL2 aient un HIR individuel de ~6%, avec leur redondance fonctionnelle, il peut être possible de muter les deux gènes pour obtenir un HIR plus élevé. Les applications de cette recherche peuvent révolutionner la riziculture.
« Une sélection rapide des cultures est nécessaire pour lutter contre le changement climatique, le stress abiotique et les menaces des virus. L’identification d’un plus grand nombre de gènes induisant des haploïdes et la compréhension de leurs mécanismes lors de la double fertilisation chez les plantes peuvent réduire le temps et les efforts nécessaires à une sélection efficace des cultures », conclut le Dr Kim
