Ce qui se passe sous le sol dans un champ de maïs est facile à ignorer, mais l'architecture des racines du maïs peut jouer un rôle important dans l'acquisition de l'eau et des nutriments, affectant la tolérance à la sécheresse, l'efficacité de l'utilisation de l'eau et la durabilité. Si les sélectionneurs pouvaient encourager les racines du maïs à pousser à un angle plus prononcé, la culture pourrait potentiellement accéder à des ressources importantes plus profondément dans le sol.

Une première étape vers cet objectif consiste à apprendre les gènes impliqués dans le gravitropisme, la croissance des racines en réponse à la gravité. Dans une nouvelle étude publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences , scientifiques de l'Université du Wisconsin, en collaboration avec des chercheurs de l'Université de l'Illinois. identifier quatre de ces gènes dans le maïs et la plante modèle Arabidopsis.

Lorsqu'une graine en germination est tournée sur le côté, certaines racines effectuent un virage brusque et abrupt vers la gravité, tandis que d'autres tournent un peu plus lentement. Les chercheurs ont utilisé des méthodes de vision artificielle pour observer des différences subtiles dans le gravitropisme des racines dans des milliers de semis et ont combiné ces données avec des informations génétiques pour chaque semis. Le résultat a cartographié les positions probables des gènes du gravitropisme dans le génome.

La carte a conduit les chercheurs au bon voisinage du génome - des régions de quelques centaines de gènes - mais ils étaient encore loin d'identifier des gènes spécifiques pour le gravitropisme. Heureusement, ils avaient un outil qui pouvait les aider.

"Parce que nous avions précédemment effectué la même expérience avec la plante Arabidopsis éloignée, nous avons pu faire correspondre les gènes dans les régions pertinentes du génome des deux espèces. Des tests de suivi ont vérifié l'identité de quatre gènes qui modifient le gravitropisme racinaire. Le nouveau ces informations pourraient nous aider à comprendre comment la gravité façonne les architectures du système racinaire", déclare Edgar Spalding, professeur au département de botanique de l'université du Wisconsin et auteur principal de l'étude.

Matt Hudson, professeur au Département des sciences des cultures de l'Université de l'Illinois et co-auteur de l'étude, ajoute :"Nous avons examiné un trait sous-recherché chez le maïs qui est important pour un certain nombre de raisons, en particulier dans le contexte du changement climatique. . Et nous l'avons fait en faisant jouer les différences évolutives entre les plantes en notre faveur."

Le maïs et l'Arabidopsis, un petit parent moutarde décrit de manière exhaustive par les biologistes des plantes, ont évolué à environ 150 millions d'années d'intervalle dans l'histoire de l'évolution. Hudson explique que bien que les deux espèces partagent des fonctions végétales de base, les gènes qui les contrôlent ont probablement été mélangés dans le génome au fil du temps. Cela s'avère être une bonne chose pour réduire les gènes communs.

Chez les espèces étroitement apparentées, les gènes ont tendance à s'aligner approximativement dans le même ordre dans le génome (par exemple, ABCDEF). Bien que les mêmes gènes puissent exister dans des espèces éloignées, l'ordre des gènes dans la région à laquelle le trait correspond ne correspond pas (par exemple, UGRBZ). Une fois que les chercheurs ont identifié où chercher dans chaque génome, les séquences de gènes autrement incompatibles ont fait apparaître les gènes communs (dans ce cas, B).

"Je pensais que c'était super cool que nous puissions identifier des gènes que nous n'aurions pas trouvés autrement simplement en comparant les intervalles génomiques d'espèces végétales non apparentées", déclare Hudson. "Nous étions assez convaincus qu'il s'agissait des bons gènes lorsqu'ils sont sortis de cette analyse, mais le groupe de Spalding a ensuite passé sept ou huit ans de plus à obtenir des données biologiques solides pour vérifier qu'ils jouent effectivement un rôle dans le gravitropisme. Cela fait, Je pense que nous avons validé l'ensemble de l'approche de sorte qu'à l'avenir, vous pourrez utiliser cette méthode pour de nombreux phénotypes différents."

Spalding note que la méthode a probablement été particulièrement efficace car des mesures précises ont été effectuées dans un environnement commun.

"Souvent, les chercheurs sur le maïs mesurent leurs traits d'intérêt dans un champ, alors que les chercheurs d'Arabidopsis ont tendance à élever leurs plantes dans des chambres de croissance", dit-il. "Nous avons mesuré le phénotype du gravitropisme racinaire de manière hautement contrôlée. Ces graines ont été cultivées sur une boîte de Pétri et le test n'a duré que quelques heures, contrairement aux traits que vous pourriez mesurer dans le monde réel et qui sont ouverts à toutes sortes de variabilités."

Même lorsque les traits peuvent être mesurés dans un environnement commun, tous les traits ne sont pas de bons candidats pour cette méthode. Les chercheurs soulignent que les traits en question devraient être fondamentaux pour la fonction de base des plantes, garantissant que les mêmes gènes anciens existent dans des espèces non apparentées.

"Le gravitropisme peut être particulièrement susceptible d'être étudié à travers cette approche car il aurait été la clé de la spécialisation originale des pousses et des racines après la colonisation réussie des terres", explique Spalding.

Hudson note que le gravitropisme sera également la clé de la colonisation d'un paysage différent.

"La NASA s'intéresse à la culture de cultures sur d'autres planètes ou dans l'espace et ils ont besoin de savoir ce que vous auriez à reproduire pour le faire", dit-il. "Les plantes sont assez désorganisées sans gravité." + Explorer plus loin

La protéine de transport régule le gravitropisme racinaire chez Arabidopsis