Les scientifiques ont modifié les mutations naturelles pour créer une meilleure tomate
En génétique, parfois un plus un égal à zéro. Les gènes qui devraient fonctionner de concert l'un avec l'autre, chacun en amplifiant les effets de l'autre, peuvent parfois s'annuler à la place. Une étude publiée jeudi dans la revue Cell Press examine la mutation génétique qui nous a donné la tomate domestique moderne, éclairant la façon dont ces annulations se produisent - et comment nous pouvons les utiliser pour créer une tomate plus productive.
Les tomates modernes sont le résultat d'une mutation qui a probablement eu lieu avec la propagation de l'agriculture il y a huit à dix mille ans. Les tomates anciennes étaient plus petites, plus foncées et plus berry-like. La mutation a permis le développement de plus grands fruits qui conduiraient aux tomates volumineuses dont nous connaissons aujourd'hui. Fondamentalement, toutes les tomates - même les variétés d'héritage - ont cette mutation.
Dans les années 1950, une deuxième mutation, appelée «sans joint», a été découverte dans les milieux mmm de bons de la Campbell's Soup Company. Le mutant a attiré l'attention car il a éliminé un pli en forme de coude dans la tige menant à la tomate. Cela avait deux avantages. Tout d'abord, une tomate avec cette mutation serait moins susceptible de se décomposer et de tomber dans le sol où elle pourrait être meurtrie ou pourrir et ainsi rendue non comestible. Deuxièmement, il serait plus facile de récolter des tomates avec des sélecteurs mécaniques.
Si les éleveurs pouvaient fusionner les tomates avec les mutations sans joint avec les mutations antérieures qui permettaient des tomates grandes et abondantes, elles pensaient qu'elles finiraient par une plante de tomate plus productive.
Mais lorsque les éleveurs ont fusionné les deux, ils n'ont pas eu les grandes et belles tomates avec des joints sans soudure qu'ils attendaient. Plutôt, l'union a créé une plante qui manquait d'articulations, oui, mais avec beaucoup plus de branches et de fleurs, bien plus que la plante avait l'énergie de se transformer en fruit. Le résultat final était moins de tomates.
«Les gènes qui déterminent les traits sont assez souvent des membres des familles de gènes qui, dans une usine normale, travaillent ensemble, se déplacent vers leur détermination des traits», explique l'auteur de l'étude, Zachary Lippman, biologiste de la station au Cold Spring Harbor Laboratory. Si vous avez une mutation dans un gène qui affecte la croissance et le développement d'un trait, une deuxième mutation peut survenir qui contribue à ce même trait. Au lieu d'améliorer le trait, cependant, cela rend le pire.
L'influence que les gènes ont sur l'autre est connue sous le nom d'épistaison. Ce type d'annulation que Lippman décrit, qui était exposé lorsque la tomate sans joint fusionné avec les tomates originales, est connu sous le nom d'épistaison négative, et ce n'est pas limité aux tomates.
"Il y a de grands exemples dans les années vingt et trente où les gens traversaient les plantes de tabac pour fabriquer de nouvelles variétés hybrides", a déclaré Lippman. "Les hybrides, au lieu de montrer un effet de vigueur qui est généralement ce que vous attendez et l'espoir lorsque vous faites des hybrides, ils ont effectivement vu une réponse auto-immune. Les plantes commenceraient à se faner et à mourir fondamentalement comme si elles étaient attaquées par un agent pathogène lorsqu'elles n'étaient pas attaquées ".
Bien que les éleveurs puissent finalement se marier avec les deux mutants de tomate, il s'agissait d'une affaire relativement aléatoire. En étudiant la relation génétique sous-jacente entre la ramification et la floraison, Lippman et son équipe espéraient mieux comprendre pourquoi cet effet d'annulation s'est produit, et potentiellement produire une tomate qui était un peu plus équilibrée. C'est-à-dire un qui se ramifiera un peu, créant quelques fleurs de plus, mais pas tellement qu'il surchargerait la plante.
Et c'est exactement ce qu'ils ont pu faire.
Pensez à chaque gène comme dose. Pour obtenir une ramification normale, vous devez disposer de quatre doses des deux gènes: une dose provenant de chaque copie du gène, car il existe deux copies de chaque gène dans l'ADN de la tomate. Mais si vous avez deux mutants travaillant ensemble, ils annulent essentiellement ces doses. C'est comme si la plante de tomate n'a effectivement aucune copie du gène.
"Si vous perdez toutes les quatre doses en ayant des mutations dans les deux gènes, vous avez cette épistaison négative et vous avez trop de fleurs et vous avez des problèmes de fertilité", dit Lippman. "Mais ce que vous avez seulement une perte d'une dose, maintenant vous allez encore faire des pousses de fleurs ramifiées, mais parce que vous avez encore trois doses du gène, cela ne sera pas aussi grave que lorsque vous perdez les quatre doses".
Vous pouvez obtenir trois doses en effectuant des croisements entre les plantes mutantes, mais vous devez connaître la génétique sous-jacente et la façon dont les gènes fonctionnent ensemble. L'analogie la plus proche est la cuisson: si vous comprenez une saveur générale d'aliments, vous comprendrez quels arômes fonctionnent ensemble et s'annulent. En étudiant la génétique sous-jacente des tomates, Lippman a pu comprendre les propriétés des deux gènes mutants et créer une tomate plus productive.
Lippman croit que ce type d'épistaison négative ne se passe pas seulement chez les tomates, et que, au fur et à mesure que nous creusons, nous découvrirons des cas plus surprenants.
"Ce qui a été le plus surprenant, c'est que la mutation de 8 000 ans était si répandue dans les variétés de tomates modernes que lorsque la deuxième mutation a été découverte dans les années 1950 et 1960 et que les éleveurs voulaient travailler avec elles, ils se sont heurtés à ce mur-le mur Étant l'ancienne mutation ", dit Lippman." Le fait que l'ancienne mutation soit le gène apparent le plus proche de la mutation qui a été découverte dans les années 50 et 60 était une illustration très élégante de la façon dont l'évolution et la domestication et l'élevage fonctionnent ".