Béatrice Garnier
Pour la première fois, des chercheurs du Lawrence Berkeley Countrywide Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l’Énergie ont mis au place une méthode à l’échelle du génome pour cartographier le rôle régulateur des facteurs de transcription, des protéines qui jouent un rôle clé dans l’expression des gènes et la détermination des features physiologiques d’une plante.. Leurs travaux révèlent des informations sans précédent sur les réseaux de régulation des gènes et identifient une nouvelle bibliothèque de functions d’ADN qui peuvent être utilisées pour optimiser les attempts de génie génétique chez les plantes.
“Les facteurs de transcription régulent des choses comme la façon dont les plantes poussent, la quantité de fruits qu’elles produisent et à quoi ressemble leur architecture racinaire”, a déclaré Niklas Hummel, auteur principal d’une étude sur la recherche dans la revue Mobile Methods et associé de recherche au Département de Energy’s Joint BioEnergy Institute (JBEI), qui est géré par Berkeley Lab. “En déchiffrant leur rôle régulateur, nous pouvons identifier de nouvelles stratégies pour concevoir des cultures bioénergétiques additionally résistantes à la sécheresse et d’autres plantes aux caractéristiques agronomiques améliorées.”
Hummel et l’auteur principal de l’étude, Patrick Shih, chercheur dans le domaine des biosciences du laboratoire de Berkeley et directeur de la conception des biosystèmes végétaux au JBEI, ont entrepris de développer une méthode pour caractériser simultanément un grand nombre de facteurs de transcription dans une plante. Bien que des méthodes pour ce faire existent pour d’autres organismes modèles, tels que les animaux, les insectes et les champignons, leur application aux plantes a été difficile, en raison de leur complexité et de la présence perturbatrice de parois cellulaires.
“À ce jour, ces types d’études ont vraiment été menées au coup par coup sur des plantes, où nous n’avons compris la fonction d’un facteur de transcription particulier que parce qu’un groupe de chercheurs s’y est concentré pendant de nombreuses années”, a déclaré Shih, qui est également chercheur à l’Institut de Génomique Innovante. “Donc, ce que nous avons essayé de faire à la place, c’est de trouver un moyen de cartographier l’activité de centaines de ces facteurs de transcription dans une plante en même temps.”
Pour relever ce défi, Hummel et Shih ont utilisé un système d’expression transitoire qu’ils avaient précédemment développé pour créer des outils de biologie synthétique dans les plantes. Ici, ils ont utilisé le système pour caractériser, en parallèle, un réseau de furthermore de 400 domaines effecteurs transcriptionnels dans le plant de tabac Nicotiana benthamiana, un exploit jamais réalisé auparavant en biologie synthétique végétale.
Ils ont ensuite procédé à une revue approfondie de la littérature pour essayer de faire correspondre la fonction des facteurs de transcription qu’ils avaient identifiés en masse avec les travaux antérieurs effectués pour identifier la fonction des facteurs de transcription individuels dans leur réseau.
“Nous avons pu montrer que c’est ce que les gens ont vu lorsqu’ils ont étudié individuellement le rôle que jouent les facteurs de transcription dans l’expression des gènes, et c’est ce que nous avons vu lorsque nous les avons étudiés en parallèle”, a déclaré Shih. “Cela a fini par s’aligner très bien. Cela nous rend confiants que nous pouvons intégrer notre ensemble de données dans des réseaux de régulation des gènes afin d’identifier les facteurs de transcription clés pour la conception de characteristics végétaux importants.”
Un element surprenant de l’étude a été la découverte de mécanismes similaires de régulation transcriptionnelle chez des eucaryotes éloignés. En examinant la fonction de régulation des facteurs de transcription dans les plantes et les levures, les chercheurs ont découvert une fonctionnalité partagée, soulignant la présence de mécanismes profondément conservés de régulation des gènes.
“Nous avons été surpris de voir que de nombreux domaines régulateurs des facteurs de transcription fonctionnaient de la même manière dans les plantes et les levures”, a déclaré Hummel. “Nous avons ensuite développé cela pour démontrer comment les algorithmes d’apprentissage automatique formés sur des ensembles de données de levure pourraient fonctionner pour identifier les domaines réglementaires dans les plantes.”
Les conclusions de l’étude ont des implications importantes pour l’agriculture et la durabilité. Les facteurs de transcription jouent un rôle crucial dans la détermination des qualities importants chez les plantes, donc comprendre remark ils fonctionnent aidera les scientifiques à développer des stratégies pour améliorer les pratiques agricoles et relever les défis environnementaux.
Pour l’avenir, les chercheurs visent à élargir leur approche pour étudier tous les facteurs de transcription chez Arabidopsis, une espèce végétale modèle largement étudiée. Cela accélérera encore la compréhension de la régulation des gènes spécifiques aux plantes et facilitera les progrès dans le domaine de la biologie végétale.
“Notre capacité à concevoir et à modifier des plantes dépend de notre compréhension de base de la façon dont divers features sont régulés”, a déclaré Shih. “En comprenant remark les facteurs de transcription clés peuvent être des régulateurs principaux des attributes d’intérêt, nous pourrions identifier de nouvelles stratégies pour améliorer les attributes pertinents pour la bioénergie.”
Ce travail a été soutenu par le Bureau des sciences du ministère de l’Énergie. JBEI est un centre de recherche sur la bioénergie du DOE.
