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Comprendre les modifications génomiques de la papaye transgénique


La papaye transgénique "SunUp" a été développée dans les années 1990 et a été largement médiatisée en raison de sa capacité à résister au virus des taches annulaires de la papaye. Bien que les chercheurs du groupe Ming aient identifié la séquence génomique de SunUp en 2008, on ne savait pas où se trouvaient les insertions transgéniques et quel effet elles avaient. Une nouvelle étude a maintenant identifié ces changements et leur affect sur les plantes transgéniques.

Les papayes sont une riche supply de potassium, de magnésium et de vitamines A et C, propulsant une augmentation constante de leur output mondiale. La papaye est originaire et a été domestiquée dans le sud du Mexique et en Amérique centrale, et est maintenant cultivée dans les régions tropicales et subtropicales du monde entier. La papaye sauvage a de petits fruits grenus avec très peu de chair comestible, tandis que la variation domestiquée peut peser plus de cinq livres. Cependant, il y avait un problème majeur : la papaye était sensible au virus des taches annulaires de la papaye, entraînant des plantes rabougries qui ne produisent pas de fruits mûrs, et il n'y a pas de résistance dans le code génétique de la papaye.

Pour contrer ce problème, les chercheurs ont développé la papaye transgénique SunUp, en utilisant une technique appelée transformation médiée par le bombardement de particules. Des particules d'or ont été recouvertes du gène de la protéine d'enveloppe du virus et injectées dans les cellules de la papaye non transgénique "Sunset" à l'aide d'un pistolet génétique. SunUp contenait donc des séquences de gènes du virus et était protégé de l'infection par le silençage génique médié par l'ARN.

"Il nous a fallu 8 ans pour lire chaque nucléotide d'ADN dans les insertions et les réarrangements, et nous avons répété le séquençage en utilisant différentes technologies pour comprendre la character de ces insertions transgéniques", a déclaré Ray Ming (GEGC), professeur de biologie végétale. "L'insertion était si complexe que bien que nous ayons séquencé le génome en 2008, nous ne savions pas où se trouvaient les séquences transgéniques."

Dans des études antérieures, les chercheurs ont utilisé la technologie de séquençage de l'ADN Sanger qui lit de courtes étendues d'ADN, de 500 à 600 bases, ce qui rend difficile le placement précis des séquences transgéniques dans le projet de génome. Dans l'étude actuelle, ils ont utilisé des systems de séquençage de Pacific Biosciences et des technologies Oxford Nanopore pour lire de très longues étendues d'ADN. "Ce sont les dernières techniques disponibles et elles nous ont permis de lire in addition de 50 à 200 000 paires de bases à la fois", a déclaré Ming.

Le groupe a découvert que SunUp avait une insertion de 1,6 million de paires de bases, qui se composait de fragments d'ADN non seulement du canon à gènes, mais également de séquences d'ADN nucléaire provenant de chloroplastes et de mitochondries. "Il y avait 74 fragments dans l'insertion : 42 étaient des fragments de chloroplaste nucléaire, 13 étaient des fragments mitochondriaux nucléaires, 10 provenaient du génome du chloroplaste et 3 provenaient du génome mitochondrial", a déclaré Ming. "Le bombardement de particules a brisé l'ADN double brin et inséré les 74 fragments à un endroit du chromosome 5 du génome."

Étonnamment, même s'il y a une si grande insertion, la manipulation transgénique n'a provoqué aucun changement dans l'expression des gènes. "Nous avons examiné chaque séquence de gènes et il n'y a pas d'impact sur la fonction du génome. Lorsque nous avons comparé SunUp et Sunset, ils n'ont que 20 gènes exprimés de manière différentielle, qui sont dus à des réarrangements médiés par les transposons et non à la manipulation génétique effectuée par transformation médiée par le bombardement de particules », a déclaré Ming. Les réarrangements médiés par le transposon se produisent naturellement et conduisent à des changements graduels au fil du temps, ce qui est attendu puisque SunUp et Sunset se développent et divergent depuis 30 ans.

Les chercheurs vont examiner d'autres lignées transgéniques de papaye pour voir si elles présentent des réarrangements similaires. « Nous nous attendions à beaucoup furthermore de sites d'insertion et de réarrangements et nous avons été surpris qu'il n'y en ait eu que deux. En in addition de l'insertion de 1,6 Mb causée par les 74 fragments, il y avait une délétion de 591 Kb dans le chromosome 5 qui a été déplacée dans l'insertion de 1,6 Mb. "Nous ne comprenons toujours pas pourquoi il y avait des fragments nucléaires de mitochondries et de chloroplastes flanquant les trois fragments transgéniques et pourquoi ils ont tous été insérés au même endroit. Nous examinerons d'autres lignées transgéniques pour voir s'il existe un mécanisme sous-jacent en commun", a déclaré Ming..

"Puisque la papaye transgénique a une si forte résistance au virus de la tache annulaire de la papaye et a ainsi sauvé l'industrie hawaïenne de la papaye, c'était l'affiche des cultures transgéniques. La papaye transgénique a été approuvée par plusieurs pays qui ont rejeté d'autres cultures de ce type", a déclaré Ming. "Ce travail renforcera le information selon lequel même après trois décennies, nous pouvons toujours consommer de la papaye transgénique en toute sécurité et il n'y a aucun effet négatif sur le génome de la papaye ou les consommateurs."

Les travaux ont été soutenus par le US National Science Foundation Plant Genome Analysis Method Award, la Nationwide Normal Science Foundation of China, la Normal Science Basis of Fujian Province et le Science and Technological innovation Innovation Fund of Fujian Agriculture and Forestry College.