Un code "caché" lié à l’ADN des plantes leur permet de développer et de transmettre de nouveaux traits biologiques beaucoup plus rapidement qu’on ne le pensait auparavant, ce sont les conclusions d’une étude novatrice par des chercheurs du Salk Institute for Biological Studies, l’un des plus grands centres de recherche médicale au monde.

L’étude, publiée le 16 septembre, fournit la première preuve que le code épigénétique, une couche supplémentaire d’instructions biochimiques dans l’ADN, peut évoluer plus rapidement que le code génétique et influencer fortement les traits biologiques.

Ci-dessus : mécanisme épigénétique (Wikipédia) : Les mécanismes épigénétiques peuvent être perturbés ou influencés in utero et dans l’enfance. La pollution chimique, les médicaments et les drogues, le vieillissement et l’alimentation sont des facteurs agissant sur l’épigénome. Les histones sont des protéines autour desquelles l’ADN peut s’enrouler, ce qui le rend plus compact et en régule l’expression génique. Le cancer, l’autoimmunité, les troubles psychiatriques et le diabète peuvent résulter de dérangements épigénétiques. Les modifications d’histones consistent en la liaison de facteurs épigénétiques aux « queues » des histones, qui modifie l’enroulement de l’ADN autour des histones et, par conséquent, la disponibilité de certains gènes pour la transcription.

 

Bien que l’étude s’est limitée à une seule espèce végétale appelée Arabidopsis thaliana, l’équivalent du rat de laboratoire du monde végétal, les résultats font allusion au fait que les traits d’autres organismes, y compris les humains, pourraient aussi être considérablement influencée par des mécanismes biologiques que les scientifiques commencent seulement à comprendre.

"Notre étude montre que tout n’est pas dans les gènes», a déclaré Joseph Ecker, professeur au Salk Salk’s Plant Molecular and Cellular Biology Laboratory, qui a dirigé l’équipe de recherche. "Nous avons constaté que ces plantes ont un code épigénétique qui est plus souple et plus fluide que nous l’avions imaginé. Il y a clairement une composante de l’héritabilité que nous ne comprenons pas pleinement. Il est possible que nous, les humains ayons un même mécanisme épigénétique, actif, qui contrôle nos caractéristiques biologiques et qui sont transmises à nos enfants. "

Avec l’avènement des techniques de cartographie rapide de l’ADN des organismes, les scientifiques ont découvert que les gènes, conservés dans le code de l’ADN, ne déterminent pas toujours la façon dont un organisme se développe et s’adapte à son milieu. Plus les biologistes cartographient le génome de divers organismes (leur code génétique complet), plus ils découvrent des écarts entre ce que dicte le code génétique et la façon dont les organismes en réalité paraissent et fonctionnent.

En fait, la plupart des grandes découvertes qui ont mené à ces conclusions étaient fondées sur des études chez les plantes. Il y a des traits tels que la forme des fleurs et des fruits dans la pigmentation de certaines plantes qui sont sous le contrôle de ce code épigénétique. De tels traits, qui défient les prédictions des classiques de la génétique mendélienne, sont également présents chez les mammifères. Dans certaines souches de souris, par exemple, une tendance à l’obésité peut se transmettre de génération en génération, mais aucune différence entre le code génétique de la souris et des souris minces, explique cette différence de poids.

Les scientifiques ont même constaté que les jumeaux humains identiques présentent différents traits biologiques, en dépit de leurs séquences d’ADN identiques. Ils ont théorisé que ces disparités inexpliquées pourraient être l’œuvre de variation épigénétique.

Ecker et d’autres scientifiques ont suivi les motifs de ces mystérieux marqueurs chimiques qui servent de couche de contrôle génétique sur le dessus de la séquence d’ADN. Tout comme les mutations génétiques peuvent survenir spontanément et être héritées par les générations suivantes, les mutations épigénétiques peuvent émerger dans des individus et se répandre dans la population générale.

Bien que les scientifiques aient identifié un certain nombre de traits épigénétiques, on en savait très peu sur la façon dont ils apparaissaient, souvent spontanément, à quelle vitesse ils pouvaient se répandre dans une population et quelle influence significative, ils pourraient avoir sur le développement biologique et sur la fonction.

“La perception de l’ampleur de la variation épigénétique dans les plantes, de génération en génération, varie fortement au sein de notre communauté scientifique", a déclaré Robert Schmitz, chercheur du laboratoire de Eckers et auteur principal de l’article. "Nous avons en fait l’expérience, et constaté que, globalement il y a très peu de changements entre chaque génération, mais ces “épimutations” spontanées existent dans les populations et surviennent à un rythme beaucoup plus élevé que le taux de mutation de l’ADN, et parfois ils ont une puissante influence sur la manière dont certains gènes sont exprimés. "

Dans leur étude, les chercheurs de Salk et leurs collaborateurs au Scripps Research Institute (centre de recherche biomédicale américain) ont cartographié l’épigénome d’une population de plantes : l’Arabidopsis thaliana (ci-contre), pour ensuite observer la manière dont ce paysage biochimique avait changé après 30 générations. Cette cartographie a consisté à enregistrer l’état de tous les endroits sur la molécule d’ADN qui pourraient subir une modification chimique connue sous le nom de méthylation, un changement de clé épigénétique qui peut modifier la façon dont certains gènes sous-jacents sont exprimés. Ils ont ensuite observé comment les états de méthylation de ces zones/sites ont évolué au fil des générations.

Les plantes étaient toutes les clones d’un seul ancêtre, de sorte que leurs séquences d’ADN étaient essentiellement identiques à travers les générations. Ainsi tout changement, dans la façon dont les plantes ont exprimé certains traits génétiques, est susceptible d’être le résultat de changements spontanés dans leur code épigénétique, les variations dans la méthylation de l’ADN des sites et non pas le résultat de variations dans les séquences d’ADN sous-jacent.

Vous ne pourriez pas faire ce genre d’étude chez l’homme, car c’est un ADN mélangé que nous obtenons à chaque génération", a ajouté Mme Ecker. Contrairement aux humains, certaines plantes sont facilement clonées, afin que nous puissions voir la signature épigénétique, sans tout ce brouillard génétique.

Les chercheurs ont découvert qu’au moins, quelques milliers de sites de méthylation, de l’ADN des plantes, ont été modifiés à chaque génération. Bien que cela ne représente qu’une petite proportion des 6 000 000 sites potentiels, estimés, de méthylation qui existe sur l’ADN d’Arabidopsis, il éclipse le taux d’évolution spontanée, observé au niveau de séquences d’ADN par environ cinq ordres de grandeur.

Ceci suggère que le code épigénétique des plantes (et d’autres organismes, par extension) est beaucoup plus fluide que leur code génétique.

Et encore plus surprenante fut l’étendue des changements sur les gènes, jusqu’à les "désactiver". Un certain nombre de gènes de plantes, qui ont subi des changements héréditaires dans la méthylation, ont également connu des modifications substantielles dans leur expression, le processus par lequel les gènes contrôlent la fonction cellulaire par la production de protéines.

Cela signifiait que, non seulement l’épigénome des plantes s’est muté rapidement malgré l’absence de toute pression de l’environnement, aussi forte soit elle, mais que ces changements pourraient avoir une influence puissante sur la forme des plantes et leur fonction.

Ecker a déclaré que les résultats de l’étude fournissent quelques-unes des premières preuves que le code épigénétique peut être réécrit rapidement et à un effet important. “Cela signifie que les gènes ne sont pas le destin“ a-t-il dit. “Si nous ressemblons à ces plantes, notre épigénome peut également subir des changements relativement rapides et spontanés qui peuvent avoir une influence puissante sur nos traits biologiques."

Maintenant qu’ils ont montré dans quelle mesure les mutations épigénétiques spontanées se produisent, les chercheurs de l’institut Salk essayent d’élucider les mécanismes biochimiques qui permettent à ces changements de se produire et de se transmettre d’une génération à l’autre.

Ils espèrent aussi explorer comment les différentes conditions environnementales, comme les différences de température, pourraient conduire au changement épigénétique dans les plantes, ou, inversement, que des traits épigénétiques apportent aux plantes plus de souplesse dans l’adaptation aux changements environnementaux. "Nous pensons que ces événements épigénétiques pourraient mettre en silence des gènes quand ils ne sont pas nécessaires, puis de les “rallumés”, lorsque les conditions extérieures le justifient», a ajouté Ecker.

La recherche en partenariat par la National Science Foundation, le National Institutes of Health, le Howard Hughes Medical Institute, la Gordon and Betty Moore Foundation et la Fondation Marie K. Chapman.

Le communiqué de presse sur l’institut Salk : Are genes our destiny ?

 

Source