Depuis plus d'un siècle, les généticiens ont étudié le maïs comme système modèle pour comprendre les règles régissant l'héritage des caractères, et une équipe de chercheurs a récemment dévoilé un mécanisme jusqu'alors inconnu qui déclenche le silençage génique dans le maïs. Le silençage génique désactive les traits génétiques, une considération importante pour les sélectionneurs qui dépendent de l'héritage fidèle des caractères d'une génération à l'autre.

Historiquement, le gène p1 du maïs a été utilisé comme modèle par les généticiens du maïs. Les chercheurs précédents ne savaient pas que deux types de marques de méthylation de l'ADN qui se chevauchent pouvaient modifier, faire taire ou activer ce gène. La découverte ajoute aux connaissances des généticiens sur les différents mécanismes de l'hérédité non mendélienne, selon le chercheur principal Surinder Chopra, professeur de génétique du maïs, Collège des sciences agronomiques, État de Penn.

Dans les conclusions rapportées dans PLOS Un , L'équipe de Chopra a montré que le silence du gène de la couleur 1 du péricarpe du maïs - régulateur de la couleur de la couche externe des grains et de la couleur de l'épi - peut avoir deux composants épigénétiques "qui se chevauchent" - la méthylation de l'ADN dépendante de l'ARN (RdDM) et la méthylation de l'ADN non dépendante de l'ARN ( non-RdDM).

"Méthylation de l'ADN, qui est l'addition de groupes méthyle à la molécule d'ADN, peut changer l'activité d'un segment d'ADN sans changer la séquence, " at-il dit. " La méthylation de l'ADN agit généralement pour réprimer la transcription des gènes, qui est la première étape de l'expression des gènes."

Dans les cellules végétales, quand et à quel niveau un gène est exprimé est sous contrôle étroit entre l'activation et la suppression de la transcription, Chopra a expliqué. Les petits ARN, molécules essentielles à la régulation et à l'expression des gènes, peuvent médier la méthylation des brins d'ADN et arrêter l'activité de transcription, jouant ainsi un rôle dans le silence des gènes hérités ou des transgènes introduits pour produire des traits de culture souhaitables.

En maïs, le gène de la couleur 1 du péricarpe régule l'accumulation de pigments flavonoïdes rouge brique appelés phlobahpènes. Le modèle de pigmentation sur le péricarpe et les « glumes » du grain de maïs — membrane recouvrant l'épi — dépend de l'expression du gène de la couleur 1 du péricarpe. Quelques exemples de ces modèles sont :les grains blancs, épi rouge; grains rouges, épi rouge; grains panachés, épi panaché; grains rouges, épi blanc; et amandes blanches, épi blanc.

"Notre étude sur le gène de la couleur 1 du péricarpe du maïs a démontré l'implication de petits mécanismes dépendants de l'ARN et indépendants de l'ARN pour la suppression du gène, " a déclaré Chopra. " Cette étude révèle la couche supplémentaire de régulation des gènes par de petits ARN, et améliore notre compréhension de la façon dont l'expression des gènes est régulée spécifiquement dans un tissu mais pas dans l'autre."

Typiquement, lorsque les sélectionneurs créent de nouveaux types de cultivars, plusieurs caractères pour lesquels ils se reproduisent peuvent disparaître ou leur expression est réduite dans la descendance, il a dit. "Et cela, nous savons maintenant, est à cause du silençage génique."

Une meilleure compréhension de la façon dont les mécanismes de silençage génique provoquent la disparition des traits souhaités est nécessaire depuis longtemps, Chopra croit. Il peut être désastreux pour un agriculteur d'acheter des semences qui ne se comportent pas pendant le grossissement comme promis par le producteur.

Si un ou plusieurs gènes qui contrôlent un trait deviennent silencieux en raison d'une méthylation de l'ADN qui se chevauche, alors ce trait disparaît fondamentalement de la population.

"C'est un gros revers pour quiconque essaie de se reproduire pour des caractéristiques telles que le rendement élevé, qui est régulé par plusieurs gènes, " a déclaré Chopra. " Si un ou deux de ces gènes qui sont essentiels pour un rendement élevé deviennent silencieux, alors une réduction du rendement global peut en résulter."