Les scientifiques se rapprochent de la découverte des gènes de la masculinité dans le chanvre d'eau et l'amarante de Palmer, deux des mauvaises herbes agricoles américaines les plus gênantes.
La découverte des gènes pourrait permettre de nouvelles méthodes de « contrôle génétique » des mauvaises herbes, lequel, dans de nombreux endroits, ne répondent plus aux herbicides. Le chanvre d'eau et l'amarante Palmer sont dioïques, ce qui signifie qu'ils ont à la fois des plantes mâles et femelles.
« Si nous savions quels gènes contrôlent la masculinité et que nous pouvions faire proliférer ces gènes au sein de la population, chaque plante dans le champ serait un mâle après quelques générations, et théoriquement, la population s'effondrerait, " dit Pat Tranel, un spécialiste des mauvaises herbes de l'Université de l'Illinois et auteur principal d'une étude sur Nouveau phytologue.
Tranel et ses collègues avaient déjà identifié des marqueurs moléculaires associés à la région génomique mâle. Après séquençage des génomes mâles, les chercheurs ont pu utiliser ces marqueurs pour se concentrer sur la région spécifique aux hommes. Maintenant, ils sont à moins de 120 à 150 gènes de trouver leur cible.
« Nous sommes convaincus que la plupart de ces 120 gènes environ ne font probablement rien. C'est juste des trucs qui s'accumulent dans cette région du génome, », dit Tranel. « Si je devais deviner, Je dirais que peut-être 10 d'entre eux font quelque chose de pertinent.
Dioecie
La réduction des gènes liés au sexe de ces mauvaises herbes pourrait avoir une valeur pratique pour le contrôle, mais l'étude met également en lumière le phénomène de la dioïque – organes sexuels masculins et féminins sur des individus distincts – plus généralement. La grande majorité des animaux sont dioïques, mais c'est rare chez les plantes. Plus de 90 % des plantes à fleurs ont les deux organes sexuels sur le même individu, et souvent au sein de la même fleur. Le chanvre d'eau et l'amarante Palmer, cependant, sont dioïques.
La dioécie signifie qu'il est impossible pour une plante de s'autopolliniser ; au lieu, les gamètes femelles doivent être fécondées par le pollen mâle d'une autre plante. C'est une bonne chose pour assurer la diversité génétique dans une population. Et c'est probablement ce qui a fait que le chanvre d'eau et l'amarante de Palmer réussissent si bien à échapper aux effets néfastes de plusieurs herbicides.
"À ce jour, le chanvre d'eau et l'amarante Palmer ont développé une résistance aux herbicides couvrant sept et huit modes d'action, respectivement. La reproduction dioïque entraîne le mélange et l'appariement de tous ces traits de résistance au sein des individus. Ce mélange a permis aux populations des deux espèces de combiner de multiples résistances aux herbicides, laissant aux producteurs peu de choix d'herbicides efficaces, », dit Tranel.
Comprendre le phénomène rare de la dioïque chez les plantes peut aider les scientifiques à comprendre comment les traits sont hérités de chaque parent, et de comprendre comment le phénomène évolue.
Contrairement aux animaux, dans laquelle on pense que la dioésie n'a évolué qu'une seule fois, les scientifiques pensent que la dioïque 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 proches.
"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 partagés, Florigène, aide les plantes à réagir à la longueur du jour en initiant la floraison. Tranel ne sait pas encore s'il détermine le sexe des fleurs, mais il est intrigué qu'il soit apparu dans la région Y spécifique aux mâles pour les deux espèces.
"Nous ne savons pas avec certitude, mais peut-être est-ce dû au fait que les mâles fleurissent plus tôt que les femelles. Cela pourrait être avantageux pour les mâles, car ils répandraient du pollen lorsque les premières femelles deviendraient réceptives. Donc si, En réalité, Palmer et le chanvre d'eau ont vraiment fait évoluer leur diocèse séparément, mais tous deux ont acquis ce gène Florigen pour un avantage de remise en forme, ce serait un bon exemple d'évolution parallèle.
Tranel espère réduire encore plus la région Y spécifique aux mâles chez 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 de l'industrie pour cela - mais disposer d'un tel outil n'est plus aussi loin qu'avant.
L'article, Régions chromosomiques Y spécifiques aux mâles dans le chanvre aquatique (Amaranthus tuberculatus) et l'amarante de Palmer (Amaranthus palmeri), est publié dans Nouveau phytologue.
Les auteurs incluent Jacob Montgomery, Darci Giacomini, et Pat Tranel de l'Université de l'Illinois, et Detlef Weigel de l'Institut Max Planck de biologie du développement. Le projet a été soutenu par l'Institut national de l'alimentation et de l'agriculture de l'USDA et la Max Planck Society.
