effets des agents mutagènes sur la séquence D’ADN chez les plantes
contexte:
les phytogénéticiens et les agriculteurs modernes peuvent exploiter une richesse de biodiversité naturelle, qui peut être largement élargie grâce à l’application de techniques d’induction de mutations., L’impact de la mutation induite sur l’amélioration des cultures est reflété dans les 2316 variétés officiellement enregistrées (base de données de l’AIEA sur les variétés mutantes officiellement enregistrées, MVD) portant de nouvelles variations induites. De plus, environ les trois quarts d’entre eux sont des variétés mutantes directes dérivées d’un traitement aux rayons gamma, ce qui souligne l’importance des mutagènes physiques. Tout cela se traduit par un impact économique énorme sur l’agriculture et la production alimentaire qui est actuellement évalué en milliards de dollarset des millions d’hectares cultivés (Ahloowalia et al. en prép.)., Cependant, bien que le potentiel agronomique de la mutation induite soit bien compris, les effets précis de différents agents mutagènes sur la séquence D’ADN chez les plantes n’ont jamais été décrits. En outre, ces dernières années, de nouvelles technologies de génétique inverse et de découverte de gènes ont stimulé un intérêt renouvelé pour la mutation induite. Pour ces nouvelles applications,il est nécessaire de comprendre plus clairement les types de mutations générées par les différentes classes de mutagènes, et de mesurer leur fréquence et leur distribution le long du génome., Aujourd’hui, et pour la première fois, les technologies sont en place pour entreprendre les expériences nécessaires pour acquérir cette compréhension.
Les agents mutagènes peuvent être classés en trois catégories: physiques (par exemple, les rayons gamma), chimiques (par exemple, le sulfonate d’éthyle de méthane) et les éléments transposables (tels que les transposons,les rétrotransposons, L’ADN-T, les rétrovirus). À l’heure actuelle, on dispose de données limitées sur l’étendue des effets génétiques induits au niveau moléculaire chez les plantes et sur la spécificité et l’efficacité de ces différentes catégories d’agents., Ces effets impliquent des dommages à L’ADN, ce qui entraîne des changements de paires de bases (polymorphismes nucléotidiques simples/simples,SNP), de petites insertions et délétions (indels) et des réarrangements chromosomiques. On en sait encore moins sur la façon dont la mutation induite interagit avec les processus épigénétiques, tels que la méthylation,l’activation des rétro-éléments et la perturbation de la structure de l’ADN d’ordre supérieur.,
alors que les sélectionneurs ont utilisé l’induction de mutations pour élargir la base génétique du matériel génétique et ont utilisé les lignées mutantes directement comme nouvelles variétés ou comme sources de nouvelles variationsdans les programmes de croisement, la connaissance de la nature précise des mutations induites n’était pas nécessaire. Intuitivement, un niveau conservateur de réarrangement et de suppression de petites paires de bases a été considéré comme idéal. De nos jours, l’utilisation des techniques de mutation s’est étendue au-delà des applications dans la sélection à la découverte de gènes et à la génétique inverse., Ces nouvelles applications à haut débit nécessitent des classes spécifiques de mutations induites avec une grande efficacité sur des génomes entiers de plantes cultivées, et par conséquent la connaissance de la nature précise de la mutation induite devient un problème.
Les méthodes de découverte de gènes à haut débit dépendent fortement des lignes « knockout » d’insertion, des « machines à Gènes » désormais classiques et des bibliothèques « knockout » de délétion. La mutagénèse insertionnelle induit une activité accrue de transposition d’éléments transposables connus (par exemple, rétrotransposons qui ont tendance à se transposer en gènes actifs) pour produire des séries de lignesin qui, en théorie, chaque gène dans le génome aura été inactivé par l’insertion du transposon. Ces lignées peuvent être utilisées pour identifier des gènes qui causent des phénotypes particuliers ou,inversement, peuvent être utilisées pour identifier la fonction des gènes en recherchant un phénotype associé à l’inactivation d’un gène connu particulier. Cependant, les mutants insertionnels ont tendance à être instables (c’est-à-dire l’excision de la balise transposon, par exemple, Le système binaire Ac/Ds, dans la génération suivante, pourrait faire revenir le phénotype au type parent d’origine, ou l’activation des balises rétrotransposons par différentes contraintes pourrait multiplier les événements d’insertion, par exemple lors de la micropropagation). Par rapport à la mutagenèse d’insertion, l’induction conventionnelle de la mutation (c’est-à-dire en utilisant des agents physiques ou chimiques) offre l’avantage de mutations stables.
En théorie, la production de suppression des bibliothèques consiste à induire modérément grandes délétions, idéalement couvrant 1 ko 100 ko, dans chaque d’une série de lignes.,Ces délétions devraient englober des segments de chaque gène du répertoire génétique et être représentées au moins par une ligne dans la bibliothèque de délétions. Ces lignes de délétion peuvent,lorsqu’elles sont utilisées avec des réseaux de gènes du génome entier, être utilisées pour identifier les gènes responsables de phénotypes particuliers ou pour confirmer l’association de gènes connus avec des phénotypes particuliers.
Une nouvelle et importante approche génétique inverse est « ciblant les lésions locales induites dans les génomes » (labourage)., Ici, un grand nombre de petits changements, soit des substitutions de paires de bases D’ADN ou de petites délétions couvrant pas plus de quelques paires de bases, sont induits dans une série de lignes. Dans ces lignées, la fonction génique peut être déterminée en associant un phénotype à des changements dans un gène particulier et de nouveaux allèles de gènes connus peuvent être générés.
Au cours des prochaines années, de nouvelles technologies comme celles-ci auront un impact croissant sur la sélection pratique des plantes. Cependant, ils nécessiteront différents types de mutations induites à des fréquences spécifiques., Afin d’adapter le processus de mutation, il sera nécessaire de comprendre comment des classes spécifiques de mutations sont générées et réparties sur les génomes. Dans le passé, cela n’a pas été possible en raison du manque d’outils analytiques et d’une connaissance insuffisante à la fois du processus de destruction de l’ADN et de l’architecture des génomes végétaux. De plus, seul un nombre restreint de gènes végétaux ont été séquencés. Aujourd’hui, les méthodes de séquençage de L’ADN à haut débit associées à la bioinformatique et aux approches génomiques fonctionnelles fournissent une architecture génomique approfondie., La séquence d’ADN génomique complète d’une plante dicotylédone modèle, Arabidopsis, et d’un monocotylédone modèle, le riz, est devenue disponible récemment. Alsoscientists se retrouvent maintenant avec un éventail de méthodes, principalement développées comme des technologies de marqueurs moléculaires qui peuvent être adaptées pour quantifier les changements dans la séquence de l’ADN. Dans l’ensemble, thestage est configuré pour transférer la science des dommages à l’ADN induits par des mutagènes physiques et chimiques de la génétique humaine aux systèmes végétaux., Une gamme de technologies peut maintenant être utilisée pour quantifier à la fois le taux de base sous-jacent, sur le nombre de générations, de mutation spontanée et les effets instantanés des agents de mutation. Ainsi, les scientifiques se retrouvent enfin en position d’entreprendre des expériences qui peuvent démêler les sortes de mutations induites par différents mutagènes afin que les futurs utilisateurs de la mutation induite puissent utiliser la technologie dans un gestionnaire pleinement informé.,
objectifs:
l’objectif est de comprendre le mécanisme d’induction de mutations chez les plantes et de quantifier les types (changements de paires de base ou délétions), les fréquences (taux de changement par rapport à la dose de mutagènes) et les patrons (induction de changements dans différentes parties du génome) de changements dans le DNAinduced par une gamme de mutagènes physiques et chimiques dans une gamme d’espèces végétales clés. Des marqueurs moléculaires, un réseau D’ADN et de nouvelles méthodologies génétiques inversées seront utilisés dans une approche unique pour analyser et étudier l’induction de mutations provoquées chez un certain nombre de plantes d’importance agronomique., Ces résultats seront utilisés pour fournir des protocoles et des lignes directrices importants pour l’utilisation future de la mutation induite en biologie végétale et en amélioration des cultures. Les connaissances acquises aideront les États membres à améliorer les programmes d’élevage grâce à l’application de mutations induites ciblées et d’approches génomiques complémentaires dans le but d’accroître la durabilité agricole, la sécurité alimentaire et la stabilité économique. Ce PRC exploitera les nouveaux développements dans l’analyse de l’ADN et la génomique pour définir les types, les fréquences, les taux et les modèles de mutation induits par les différents mutagènes., Cela générera une base de connaissances qui guidera et aidera les futurs utilisateurs des technologies de mutation induite pour l’amélioration des cultures et la génomique.En outre, il se concentrera sur les mutagènes physiques, tels que les rayons gamma et les neutrons rapides ou les rayons X. Des mutagènes chimiques sélectionnés seront également utilisés pour comparer l’efficacité relative des deux types d’agents mutagènes. Les effets de ces mutagènes seront évalués sur des semences génétiquement homogènes et du matériel végétal multiplié par voie végétative.,Les principaux objectifs spécifiques comprennent:
- déterminer les mécanismes et les niveaux totaux de dommages à l’ADN à la génération M1, par exemple directement dans les semences traitées lors d’essais pré et post – germination.
- déterminer les types, les fréquences, les taux et les modèles de mutations dans les générations M2, sur (a) des génomes entiers et (b) dans des séquences D’ADN ciblées dans les génomes.
- déterminer le type et le taux de mutation spontanée au fil des générations dans des groupes de plantes de culture clés (p. ex., un système végétal sélectionné, pour déterminer le taux spontané en tant que référence et en tant qu’indicateur inhérent de la mutagénicité du génotype).,
- préparation de protocoles et de lignes directrices pour l’utilisation de mutagènes particuliers pour une gamme d’applications spécifiques dans l’amélioration des cultures et la génomique.
- déterminer la base chimique et moléculaire de la sensibilité différentielle au rayonnement chez différentes variétés de la même espèce de culture.
- quantifier le type et le taux de mutation spontanée de base, en utilisant des expériences d’accumulation de mutations multi-générations.
Participants:
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chef de Projet:
P. J. L. Lagoda