Posté par Isabelle le Dimanche 09/06/2019 à 14:00
Un nouveau regard sur la vigueur hybride
Le croisement d’individus génétiquement éloignés produit souvent des hybrides vigoureux et très féconds, phénomène que l’on nomme hétérosis. Ce phénomène est largement exploité en agriculture mais ses bases physiologiques sont mal comprises. Comprendre et prédire ce phénomène est crucial pour la biologie de l’évolution ainsi que pour la sélection végétale et animale. Une étude publiée dans PLoS Biology impliquant le Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE- CNRS/Univ Montpellier/Univ Paul Valéry Montpellier/EPHE/IRD) et menée en collaboration avec l’INRA, l’Université Paris-Sud et l’institut Max Planck montre que les équations liant la masse et la performance des plantes permettent de prédire la supériorité des hybrides. La modélisation des relations entre caractères offre ainsi de nouvelles perspectives en biologie théorique et appliquée.

La vigueur hybride - aussi appelée hétérosis - est souvent observée lors de croisements entre individus distincts, et ceci quelle que soit l’espèce. Les caractères à déterminisme complexe, comme la fertilité ou la vitesse de croissance, sont particulièrement concernés (Fig. 1). Comprendre et prédire l’hétérosis est par conséquent un enjeu crucial pour mieux appréhender l’évolution des espèces, ainsi que pour accélérer les programmes de sélection végétale et animale. Les bases physiologiques de la vigueur accrue des hybrides restent cependant discutées.

Exemple de croisement induisant de la vigueur hybride sur la fécondité chez A. thaliana
© François Vasseur

De plus, les données empiriques montrent que différents mécanismes génétiques et moléculaires sont susceptibles d’expliquer ce phénomène, ce qui rend difficile la prédiction de son émergence et de son amplitude. Dans une étude récemment publiée dans la revue PLoS Biology par des chercheurs du Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE- CNRS/Univ Montpellier/Univ Paul Valéry Montpellier/EPHE/IRD), de l’INRA, de l’Université Paris-Sud et de l’institut Max Planck en Allemagne, les auteurs ont examiné comment la géométrie des relations phénotypiques permettait d’expliquer l’hétérosis observé sur la vitesse de croissance des plantes et le nombre de fruits produits. Cette approche est basée sur l’application d’un modèle proposé il y a 80 ans par Sewall Wright [1] et généralisé récemment par Fiévet et al. [2], selon lequel l’hétérosis observé au niveau du métabolisme cellulaire est le résultat de la non-linéarité des relations entre les concentrations enzymatiques et les flux métaboliques (Fig. 2A). En utilisant 450 hybrides dérivés de croisements entre des écotypes de l’espèce modèle Arabidopsis thaliana, aussi connue sous le nom d’Arabette des Dames, les auteurs ont constaté que les caractères de performance étaient liés de manière non linéaire à la masse des individus (Fig. 2B), de la même manière que les flux métaboliques sont liées non linéairement aux concentrations enzymatiques.

Notes:
[1] Wright S. Physiological and Evolutionary Theories of Dominance. The American Naturalist. 1934; 68:24-53. https://doi.org/10.1086/280521.

[2] Fievet J, Nidelet T, Dillmann C, de Vienne D. Heterosis is a systemic property emerging from non-linear genotype-phenotype realtionships: Evidence from in vitro genetics and computer simulations. Frontiers in Genetics. 2018; 9: 1-20. https://doi.org/10.3389/fgene.2018.00001.


Effet de la non-linéarité phénotypique sur la performance des hybrides à l’échelle cellulaire (modèle de Wright, A) et à l’échelle de la plante entière (modèle allométrique, B).
© François Vasseur

Cette non-linéarité contraint les hybrides à dévier de la valeur moyenne de leurs parents, ce qui conduit à leur meilleure vigueur. En utilisant les modèles mathématiques développés en macro-écologie pour décrire les variations de performance des individus selon leur masse - dits modèles allométriques - cette approche a permis de prédire jusqu’à 75% de l’amplitude de l’hétérosis. À titre de comparaison, la distance génétique entre les parents explique au mieux 7% de l’hétérosis. Les résultats de cette étude corroborent donc le modèle initialement proposé par Wright/Fiévet et al. à l’échelle cellulaire, et suggèrent que l’émergence de l’hétérosis est une propriété intrinsèque de la géométrie des relations entre caractères phénotypiques, à différentes échelles d’organisation. En outre, cette étude montre le potentiel de l’approche pour prédire la vigueur des hybrides, aussi bien chez les espèces végétales qu’animales. Dans le companion paper qui accompagne cette publication, l’auteur évoque "l’élucidation d’une énigme vieille d’un siècle en génétique"[1].

Note:
[1] Govindaraju DR. An elucidation of over a century old enigma in genetics-Heterosis. PLoS Biol. 2019 ;17(4): e3000215.


Référence:
Vasseur F, Fouqueau L, de Vienne D, Nidelet T, Violle C, Weigel D.Nonlinear phenotypic variation uncovers the emergence of heterosis in Arabidopsis thaliana. PLoS Biol. 2019;17(4):e3000214.
Dernières news
C’est un des sujets brûlants du moment: l’interaction Neutrino/Noyau. A la dizaine d’expériences qui lui sont aujourd’hui consacrées à travers le monde, une...
Favoriser la montée en puissance de l’énergie marémotrice pour exploiter l’énergie de la mer comme source d’énergie verte. Les écoliers descendus dans les...
En identifiant les causes génétiques de la susceptibilité aux perturbateurs endocriniens, des chercheurs de l’UNIGE et des HUG mettent en lumière une inégalité...
Selon la Société canadienne du cancer, 2800 Canadiennes ont reçu un diagnostic de cancer de l’ovaire en 2017 et 1800 en sont décédées. En Amérique du Nord, il...
La manière dont les plantes régulent l’acheminement des produits de la photosynthèse pour optimiser leur croissance, est une question centrale dans le contexte...
Les réseaux métallo-organiques (MOF) sont des matériaux "cages" à la porosité exceptionnelle qui permet de stocker et de séparer de grandes quantités de gaz comme...
Comment les bactéries se multiplient-elles tout en assurant leur protection ? Les chercheurs ont découvert la protéine RocS qui agit comme un véritable métronome du...
Les grandes manœuvres ont commencé dans le Grand collisionneur de hadrons (LHC). Depuis quelques semaines, des aimants sont extraits du tunnel de l’accélérateur....
Une équipe internationale (1) révèle pour la première fois la présence d’efflorescences phytoplanctoniques directement stimulées par les apports en fer dissous...
Des scientifiques issus de 4 laboratoires rattachés au CNRS ont développé une suite de réactions chimiques en cascade formant des molécules polycycliques à 3...
Des chercheurs de l’UNIGE ont mis au point un boîtier permettant d’interagir sur une plateforme d’apprentissage sans Internet et sans dépendre du réseau...
Mieux comprendre les mécanismes contrôlant les fonctions des lymphocytes T est un enjeu majeur pour la manipulation de la réponse immunitaire à des fins...
La réduction de l’épaisseur des plaques de silicium utilisées pour fabriquer les cellules photovoltaïques est une solution envisagée pour réduire les coûts de...
Quels étaient les cépages en vogue aux temps anciens ? Ressemblaient-ils à ceux que nous cultivons aujourd’hui ? Un consortium international impliquant l’Inra, le...
Les crises provoquées par stimulation corticale peuvent orienter le traitement chirurgical de l’épilepsie et écourter considérablement les séjours à...
​Le Département des Systèmes Basses Températures a développé un cryoréfrigérateur de type tube à gaz pulsé de forte puissance destiné au refroidissement de...
AddUp et le CEA créent une plateforme commune pour développer la fabrication additive dans le secteur de l’énergie. Les deux partenaires visent à lever les verrous...
"Marc n’achèvera pas l’écriture de son livre". Nous ne vous l’avons jamais dit, mais cela vous paraît évident que Marc a commencé à écrire un livre. Deux...
La violation de normes morales est fréquente, particulièrement quand nous savons que nous ne sommes pas observés par autrui. Lorsque nos valeurs morales et l’argent...
Les satellites centriolaires sont de petites structures granulaires qui gravitent autour du centrosome et autorisent la formation du cil primaire. Cette étude parue...
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL
sous le numéro de dossier 1037632
Informations légales