"La domestication d'une culture spéciale à partir de son ancêtre sauvage prenait autrefois des milliers d'années aux anciens agriculteurs. Aujourd'hui, cela ne nous prendra peut-être que quelques années", a déclaré Ma, professeur d'agronomie et titulaire de la chaire d'amélioration du soja de l'Indiana Soybean Alliance. En utilisant des parents du soja sauvage, les scientifiques peuvent utiliser des méthodes d'édition génétique pour modifier les gènes afin de créer de nouvelles variétés plus adaptées à la production agricole.

Cela est rendu possible par la découverte de deux longs gènes d’ARN non codants (lncRNA) dotés d’une propriété inhabituelle. Les gènes partagent le même locus génétique :ils se trouvent côte à côte sur le même chromosome. Mais ces gènes contrôlent plusieurs traits. Généralement, un gène contrôle un trait.

Ma et 12 co-auteurs de Purdue et d'autres institutions aux États-Unis et en Chine ont rapporté leurs résultats dans Nature Genetics. . L'étude identifie les premiers gènes d'ARN longs non codants dans toute espèce végétale ou animale domestiquée pouvant être ciblés pour la sélection humaine.

Le co-auteur Blake Meyers de l'Université de Californie à Davis, a souligné comment les travaux intégraient différentes approches et découvertes liées à lncRNA.

"L'utilisation d'une approche plus traditionnelle pour cartographier les caractéristiques agronomiques du soja a conduit à la découverte d'une base moléculaire unique et partagée. Les caractéristiques sont diverses et incluent la taille des feuilles et des tiges, mais également la résistance aux insectes", a déclaré Meyers, professeur émérite de sciences végétales à UC Davis.

"Il s'avère que ces traits sont régulés d'une manière inhabituelle, par des gènes qui ne semblent pas produire de protéine, contrairement à la plupart des gènes, mais qui produisent plutôt de longs ARN non codants. Le laboratoire de Jianxin a fait un travail remarquable en caractérisant le mécanisme de régulation et les étapes qui ont conduit à à l'émergence évolutive de ce locus génétique unique", a déclaré Meyers.

Le co-auteur Randall Nelson, professeur émérite de sélection du soja à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, a loué la synergie entre les programmes de recherche qui ont produit des résultats peu susceptibles d'avoir été obtenus individuellement.

"Mon programme est en grande partie basé sur le terrain et nous avons développé une population unique de lignées issues d'un croisement entre le soja et le soja sauvage pour cartographier les gènes associés à la domestication. Le laboratoire de Jianxin a pu utiliser ces lignées de manière créative pour identifier un nouveau contrôle génétique des différences majeures entre le soja. et du soja sauvage", a déclaré Nelson.

"Ces résultats contribuent non seulement à notre compréhension des modes alternatifs de contrôle génétique, mais ajoutent également à notre compréhension de la domestication", a-t-il déclaré. "À l'avenir, ces résultats contribueront au processus d'utilisation de la diversité génétique inexploitée du soja sauvage."

Les anciens agriculteurs ont domestiqué il y a des siècles la variété moderne de soja largement produite, appelée Glycine max, issue de Glycine soja, une espèce sauvage. Les gènes lncRNA récemment découverts sont fortement exprimés dans le soja sauvage.

"Hautement exprimés signifie qu'ils peuvent faire plus de copies d'ARN messager avec des structures spécifiques pour produire plus de copies de petits ARN, qui inhibent l'expression de plusieurs gènes codant pour des protéines sous-jacents à ces traits liés à la domestication. Mais ces deux gènes sont faiblement exprimés dans le soja cultivé, " Maman a dit. "Ils sont fonctionnels dans le soja sauvage, mais ils ne le sont plus actuellement dans le soja cultivé car une mutation s'est produite naturellement."

Le soja sauvage contient de minuscules graines, fleurs et feuilles. Tout grossit dans le soja cultivé. La forme pubescente du soja cultivé produit également des tiges et des feuilles plus longues dans des formes qui confèrent une résistance aux insectes nuisibles tels que les cicadelles.

Lors de la domestication des cultures, les agriculteurs sélectionnent les plantes pour accroître leur adéquation aux besoins humains. Ils recherchent des caractéristiques telles que le goût et des plantes avec des graines plus grosses et plus nombreuses qui conduisent à un rendement plus élevé. Le processus de domestication réduit cependant la diversité génétique, fondement de la sélection moderne.

Le soja domestiqué moderne souffre de cette diversité génétique réduite, ce qui rend urgent la compréhension de la diversité génétique plus large des espèces sauvages. Grâce à leur connaissance des gènes responsables de divers caractères, les généticiens du soja peuvent utiliser des méthodes moléculaires pour les intégrer dans de nouvelles variétés domestiquées.

La technologie d'édition génétique renforce leur capacité à traduire la recherche fondamentale en développement de nouvelles variétés de soja avec une composition de graines, des caractéristiques nutritionnelles, une teneur en huile, des protéines et des acides aminés essentiels améliorés, par exemple.

"Nous considérons notre équipe comme une chercheuse de gènes visant à trouver des variations génétiques permettant de produire de meilleurs soja pour les agriculteurs de l'Indiana et de tout le pays", a déclaré Ma. "Notre laboratoire et nos collègues ont précédemment identifié plusieurs gènes sous-jacents à d'autres caractères liés à la domestication. Ces connaissances recueillies ont rendu possible la domestication de novo du soja sauvage et de ses parents."